I AE S In t er na t io na l J o urna l o f   Ro bo t ics a nd   Aut o m a t io ( I J RA)   Vo l.  1 5 ,   No .   2 J u n e   20 2 6 ,   p p .   295 ~ 3 0 6   I SS N:  2722 - 2 5 8 6 DOI 1 0 . 1 1 5 9 1 /i jr a . v 1 5 i 2 . pp 2 9 5 - 306           295       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij r a . ia esco r e. co m   LiDAR - ba sed  sen so r f usio n and  na v ig a tion for indo o a utono mo us mo bile robo ts in  wa re ho use env iro nme nts       Rif da   H a k i m a   Sa ri,   J a zi   E ko   I s t iy a nto ,   O s ka Na t a n,  Z a ida n H a k im ,   Da na ng   L elo no ,     Andi   Dha rm a wa n   D e p a r t me n t   o f   C o mp u t e r   S c i e n c e   a n d   El e c t r o n i c s ,   U n i v e r si t a s   G a d j a h   M a d a ,   Y o g y a k a r t a ,   I n d o n e si a       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Dec   2 0 ,   2 0 2 5   R ev is ed   Ma r   1 3 ,   2 0 2 6   Acc ep ted   Ap r   1 ,   2 0 2 6       An   in d o o n a v ig a ti o n   sy ste m   fo a n   a u to n o m o u s m o b il e   ro b o wa s d e v e lo p e d   u sin g   Li DA R - b a se d   p e rc e p ti o n   a n d   m u lt i - se n so f u sio n .   Th e   sy ste m   c o m b in e 2 Li DA R,   i n e rti a m e a su re m e n u n it   ( IM U ) ,   a n d   wh e e e n c o d e r   m e a su re m e n ts  with in   a   sim u lt a n e o u l o c a li z a ti o n   a n d   m a p p i n g   ( S LAM )   fra m e wo rk   to   su p p o r re a l - ti m e   lo c a li z a ti o n ,   w h il e   th e   ROS 2   Na v 2   sta c k   m a n a g e g lo b a p a t h   p lan n i n g   a n d   l o c a o b sta c le  a v o i d a n c e   th r o u g h   A* - b a se d   p lan n i n g   a n d   c o stm a p - d ri v e n   c o n tro l .   Ev a lu a ti o n   i n   a   wa re h o u se - li k e   e n v iro n m e n sh o we d   t h a t   th e   r o b o m a in tain e d   sta b le  l o c a li z a ti o n   with   l o w   d rift   a n d   c o m p lete d   a u t o n o m o u s   n a v ig a ti o n   m issio n wit h   a   s u c c e ss   ra te  o f   9 3 . 3 3 % .   Du ri n g   o p e ra ti o n ,   t h e   ro b o wa a b le  to   a v o id   sta ti c   o b sta c les   c o n siste n tl y   a n d   a d ju st  i ts  traje c to ry   in   re sp o n se   to   sim p le  d y n a m ic  o b sta c les   th ro u g h   o n li n e   re p la n n i n g .   Th e se   re su lt in d ica te  th a th e   p ro p o se d   sy ste m   is  su it a b le  f o p ra c ti c a in d o o l o g is ti c sc e n a rio re q u iri n g   re li a b le  n a v ig a ti o n   in   stru c t u re d   e n v iro n m e n ts.  At  t h e   sa m e   ti m e ,   th e   fin d in g su g g e st   th e   n e e d   fo r   f u rth e r   imp ro v e m e n t o   h a n d l e   e n v ir o n m e n ts   with   h ig h e r   d y n a m ics   a n d   d e n se o b sta c le co n fig u ra ti o n s.   K ey w o r d s :   Au to n o m o u s   m o b ile  r o b o t   Path   p lan n in g   Sen s o r   f u s io n   SLAM   W ar eh o u s au to m 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 :   J az i E k o   I s tiy an to   Dep ar tm en t o f   C o m p u ter   Scie n ce   an d   E lectr o n ics,  Un iv er s it as Ga d jah   Ma d a   Slem an   R eg en cy ,   Sp ec ial  R eg io n   o f   Y o g y a k ar ta,   I n d o n esia   E m ail:  jazi@ u g m . ac . id       1.   I NT RO D UCT I O N   T h e   i n c r e as i n g   a d o p t i o n   o f   I n d u s t r y   4 . 0   te c h n o l o g i e s   h a s   a c c el e r a t e d   t h e   u s e   o f   a u t o m a t i o n   in   l o g i s t i cs  a n d   w a r e h o u s i n g ,   p a r t i c u l a r l y   t h r o u g h   a u t o n o m o u s   m o b i l e   r o b o t s   ( A M R s )   f o r   m a t e r i a l   h an d l i n g   a n d   r e p e t i t i v e   i n d o o r   t r a n s p o r t   t a s k s   [ 1 ] .   I n   w a r e h o u s e   e n v i r o n m e n t s ,   r o b o t s   a r e   e x p e c t e d   t o   t r a v el   ac r o s s   l o n g   c o r r i d o r s ,   o p e r a t e   c o n t i n u o u s l y ,   a n d   m ain t a i n   r e l i a b l e   n a v i g a ti o n   p e r f o r m a n c e   u n d e r   r e p e t i t i v a n d   t i m e - s e n s i t i v e   w o r k i n g   c o n d i t i o n s   [ 2 ] T h e s e   o p e r a t i o n a l   r e q u i r e m e n t s   p l a c e   s t r o n g   d e m a n d s   o n   l o c a l i z a t i o n   a c c u r a c y ,   p a t h   p l a n n i n g ,   a n d   o b s t a c l e   a v o i d a n c e ,   m a k i n g   i n d o o r   n a v i g a t i o n   o n e   o f   t h e   k e y   t e c h n i c a l   c h al l e n g e s   i n   m o b i l e   r o b o t i c s .   R elia b l e   n a v i g at io n   i n   i n d o o r   en v i r o n m e n ts   r e m a in s   d i f f ic u l t   w h e n   A MRs   d ep e n d   o n   a   s i n g le   s e n s i n g   m o d alit y .   W h ee l   o d o m et r y   p r o v i d es  co n t in u o u s   m o t io n   f e e d b ac k ,   b u its   est im ati o n   e r r o r   a cc u m u lat es  o v er   tim e   d u e   to   wh ee l   s li p   a n d   s u r f ac e   ir r e g u l ar i ties   [ 3 ] [ 4 ] .   Simil a r l y ,   s t a n d al o n e   2 D   L iD AR   m a y   e x p e r ie n ce   d e g r a d e d   l o ca liz ati o n   p er f o r m a n c in   f ea tu r e - s p a r s e   o r   g e o m et r i ca l ly   r e p et iti v e   e n v i r o n m e n ts ,   s u ch   as   war eh o u s e   c o r r id o r s   w it h   s i m ila r   s c a n   p at te r n s   [ 5 ] .   Al th o u g h   v is u al   s i m u lta n e o u s   l o ca l i za ti o n   an d   m ap p i n g   ( SLA M )   a n d   3 L iDAR - b ase d   a p p r o ac h es  ca n   i m p r o v e   e n v i r o n m e n t al  p e r c e p ti o n   a n d   l o ca li za t i o n   ac cu r ac y ,   s u c h   m et h o d s   g e n e r a ll y   r e q u i r m o r ex p e n s i v h a r d wa r e   an d   g r ea te r   co m p u tat io n al  r es o u r ce s ,   w h i ch   m ay   r e d u ce   th ei r   p r ac ti ca lit y   f o r   s c ala b l e   wa r e h o u s e   d e p l o y m en t   [ 6 ] .   Fo r   t h is   r e aso n ,   a   n a v i g a ti o n   f r a m ew o r k   t h at   co m b i n es   r o b u s lo ca liz ati o n   wit h   af f o r d ab le   s e n s i n g   an d   r ea l - ti m e   c o m p u tati o n   r em ai n s   h ig h l y   r el ev a n f o r   in d o o r   AM R   a p p lic ati o n s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 7 2 2 - 2 5 8 6   I AE I n J   R o b   &   A u to m Vo l .   1 5 ,   No .   2 J u n 20 2 6 :   295 - 3 0 6   296   R ec en r esear ch   in   in d o o r   r o b o n av ig atio n   h as  ex p lo r e d   b o th   L iDAR - b ased   an d   m u lti - s en s o r   ap p r o ac h es.  L iDAR - b ased   SL AM   co n tin u es  to   b wid ely   u s ed   in   in d o o r   r o b o tic  s y s tem s   b ec au s it  o f f er s   p r ac tical  d ep lo y m en an d   r elativ ely   lo co m p u tatio n al   d em an d   c o m p a r ed   with   r ich er   v is io n - b ased   ap p r o ac h es  [ 7 ] .   At  th s am t im e,   m u lti - s en s o r   f u s io n   h as  b ee n   r ec o g n ized   as  an   ef f ec tiv way   to   im p r o v e   lo ca lizatio n   r eliab ilit y   b y   co m b in in g   c o m p lem en tar y   m ea s u r em en ts   f r o m   d if f er en s en s in g   m o d alities   [ 8 ] R elate d   s tu d ies  h av s h o wn   th at  s en s o r   f u s io n   ca n   s u p p o r m ap   co n s tr u ctio n ,   s tate  esti m atio n ,   an d   p ath   p lan n in g   in   m o b ile  r o b o ts   [ 9 ] [ 1 0 ] ,   wh ile  o th e r   wo r k s   h av h ig h lig h te d   th lim itatio n s   o f   s y s tem s   th at  r ely   o n ly   o n   o b s tacle   av o i d an ce   o r   o n   co m p u tatio n ally   in te n s iv s en s in g   co n f i g u r atio n s   [ 1 1 ] [ 1 4 ] .   T ak e n   to g eth e r ,   th ese  f in d in g s   s u g g est  th at  lo w - co s s en s o r   f u s io n   r em ain s   p r o m is in g   d ir ec tio n ,   esp ec ially   f o r   war eh o u s e   r o b o ts   th at  m u s t n av ig ate  s tr u c tu r ed   y et  d y n am ic  i n d o o r   s p ac es.   B ased   o n   th is   m o tiv atio n ,   th is   s tu d y   d e v elo p s   an   in d o o r   A MR  n av ig atio n   s y s tem   b y   in t eg r atin g   2 D   L iDAR ,   an   in er tial  m ea s u r em en u n it  ( I MU ) ,   an d   wh ee en c o d er   d ata  with i n   th R OS2   Nav 2   f r a m ewo r k .   T h e   p r o p o s ed   s y s tem   u s es  an   ex te n d ed   Kalm a n   f ilter   ( E KF)   to   c o m b in e   th c o m p lem en ta r y   s t r en g th s   o f   th e   th r ee   s en s o r s ,   wh er L iDAR   p r o v i d es  en v ir o n m en tal  p er ce p tio n ,   th I MU   co n tr ib u tes  o r ie n tatio n   an d   m o tio n   in f o r m atio n ,   a n d   t h en c o d er s   p r o v id s h o r t - ter m   d is p lace m en f ee d b ac k .   T h is   in te g r at io n   is   in ten d ed   to   r ed u ce   o d o m etr ic  d r if t,  im p r o v lo ca lizatio n   co n s is ten cy ,   a n d   m ai n tain   s tab le  n av ig atio n   p er f o r m an c wh e n   th r o b o t   en co u n ter s   co r r id o r - s ca le  m o tio n ,   r e p etitiv en v ir o n m e n tal  s tr u ctu r es,   an d   ch an g in g   o b s tacle   co n d itio n s .   T h co n tr ib u tio n   o f   th is   wo r k   lies   in   th im p lem en tatio n   o f   lo w - co s an d   co m p u tatio n all y   ef f icien t   s en s o r - f u s io n   ar c h itectu r f o r   in d o o r   AM R   n av ig atio n   in   war eh o u s e - lik en v ir o n m en t s .   First,  th is   s tu d y   d ev elo p s   a   m u lti - s en s o r   lo ca lizatio n   f r a m ewo r k   u s in g   2 L iDAR ,   I MU ,   an d   wh ee l   en c o d er   d ata  t o   im p r o v e   p o s esti m atio n   r elia b ilit y .   S ec o n d ,   th e   f r am ewo r k   is   in te g r ated   with   R OS2   Nav 2   to   s u p p o r g l o b al  p ath   p lan n in g ,   lo ca o b s tacle   av o i d an ce ,   an d   r ea l - tim r ep lan n in g .   T h ir d ,   th s tu d y   d em o n s tr ates  th ap p licab ilit y   o f   th e   p r o p o s ed   s y s tem   in   s tr u ctu r ed   in d o o r   n av ig atio n   task s   in v o lv in g   b o th   s tatic  an d   d y n am ic  o b s tacle s .   T h r o u g h   th is   co m b i n atio n ,   th e   wo r k   aim s   to   p r o v id e   p r ac tical  n av ig atio n   s o lu tio n   f o r   wa r eh o u s AM R s   th at   r eq u ir d ep en d ab le  o p er atio n   with o u t r ely in g   o n   h ig h - en d   s e n s in g   p latf o r m s .       2.   RE S E ARCH   M E T H O D   T h is   ch ap ter   d escr ib es  th m eth o d o lo g y   ad o p ted   t o   d ev el o p   an d   v alid ate  th AM R   s y s tem .   T h e   s y s tem   d esig n   an d   im p lem en t atio n   in v o lv t h in te g r atio n   o f   m u ltip le  co m p o n e n ts ,   in clu d in g   L iDAR ,   I MU ,   wh ee en co d er s ,   a n d   o n b o ar d   co m p u tin g   u n its .   I n   ad d itio n ,   th is   ch ap ter   ex p lain s   t h o v er all  s y s tem   ar ch itectu r e,   th s en s o r   f u s io n   ap p r o ac h ,   th p ath   p lan n in g   m eth o d s ,   an d   th ex p er im e n tal  s etu p   u s ed   to   ass es s   th AM R s   p er f o r m an c e.     2 . 1 .   M a t hem a t ica m o dellin g   a nd   s t a t estim a t io n   Fo r   lo ca lizatio n   an al y s is ,   th r o b o is   tr ea ted   as  m o b ile  p latf o r m   o p er atin g   o n   two - d i m en s io n al   p lan e,   with   its   p o s d ef i n ed   b y   th s tate  v ec to r   x = [ ,   ,   ] .   Her e,     an d     d en o te  th e   r o b o p o s itio n   in   th g lo b al  m ap   f r am e,   an d     is   th h ea d in g   an g le  at  d is cr ete  tim s tep   .   T h is   r ep r esen tatio n   is   co n s is ten t   with   th p o s v ar iab les  r eq u ir ed   f o r   m ap - b ased   n av i g atio n ,   g lo b al  p lan n i n g ,   an d   clo s ed - l o o p   p ath   e x ec u tio n   [ 1 5 ] T h r o b o m o tio n   is   f o r m u lated   u s in g   d if f er e n tial - d r iv k in em atic  m o d el.   W h en   e x p r ess ed   in   ter m s   o f   body - f r am lin ea r   an d   an g u lar   v elo cities  u = [ ,   ] ,   th d is cr ete - tim p r o p ag atio n   ca n   b wr itten   as  ( 1 ).     x + 1 = [ + Δ c os ( ) + Δ s in ( ) + Δ ] + w   ( 1 )     wh er Δ   is   th s am p lin g   p er io d   an d   w   is   p r o ce s s   n o is ca p tu r in g   wh ee l   s lip   an d   m o d ellin g   u n ce r tain ty .   Alter n ativ ely ,   wh en   u s in g   wh ee en co d er   i n cr em en ts   d ir ec tl y ,   th in cr e m en tal  m o tio n   ca n   b f o r m u lated   b y   Δ = ( Δ + Δ ) / 2   an d   Δ = ( Δ Δ ) / ,   wh er Δ   an d   Δ   ar th r ig h an d   lef wh ee tr av e d is tan ce s ,   r esp ec tiv ely ,   an d     is   th wh ee lb ase  [ 1 6 ] .   T h p o s u p d ate  is   th en   e x p r ess ed   f r o m   ( 2 ),     + 1 = + Δ c os ( + Δ 2 ) , + 1 = + Δ s in ( + Δ 2 ) , + 1 = + Δ   ( 2 )     wh ich   p r o v id es a   p r ac tical  f o r m u latio n   f o r   o d o m etr y - d r iv e n   s tate  p r o p ag atio n   d u r i n g   n a v ig atio n .   T o   r elate   th r o b o s tate  to   s en s o r   o b s er v atio n s ,   m ea s u r e m en m o d el  is   d ef in ed   to   d es cr ib h o p er ce iv ed   f ea tu r es  co n s tr ain   t h p o s esti m ate.   Fo r   ex am p le,   g iv en   lan d m ar k   o r   m ap   f ea t u r lo ca ted   at  p = [ ,   ] ,   co m m o n   r a n g b ea r in g   o b s er v atio n   m o d el  is   s h o wn   b y   ( 3 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I AE I n J   R o b   &   A u to m   I SS N:   2722 - 2 5 8 6       LiDAR - b a s ed   s en s o r   fu s io n   a n d   n a vig a tio n   fo r   in d o o r   a u to n o mo u s   mo b ile  r o b o ts   … ( R ifd a   Ha kima   S a r i )   297   z = [ ] = [ ( ) 2 + ( ) 2 a ta n 2 ( ,   ) ] + v   ( 3 )     wh er v   is   ze r o - m ea n   m ea s u r em en n o is e.   I n   p r ac tice,   L i DAR  m ea s u r em en ts   p r o v id e   d en s g eo m etr ic  co n s tr ain ts   ag ain s th o cc u p an cy   m ap ,   an d   th s am p r in cip le  ap p lies th p o s esti m ate  is   u p d ated   b y   m ax im izin g   th e   co n s is ten cy   b etwe en   th p r ed icted   o b s er v at io n   ( f r o m   th m a p   an d   p o s e)   an d   th e   ac tu al  s ca n ,   wh ich   is   ess en tial f o r   r o b u s t in d o o r   l o ca lizatio n   [ 1 7 ] .   T o g eth er ,   t h m o tio n   an d   m e asu r em en m o d els  estab lis h   th b asis   f o r   p r o b ab ilis tic  p o s esti m atio n   d u r in g   au to n o m o u s   n a v ig atio n .   T h e   m o ti o n   m o d el   g o v er n s   h o w   th p o s ev o lv es  f r o m   o d o m etr y ,   wh ile  t h o b s er v atio n   m o d el  co n s tr ain s   th p o s u s in g   L iDAR m ap   co n s is ten cy to g eth er   t h ey   s u p p o r s tab le   esti m atio n   o f   ( , , )   af ter   m ap p in g   i s   co m p leted   a n d   th r o b o t n av ig ates  u s in g   th s av e d   2 D   o cc u p an cy   g r id   m ap .   As  r esu lt,  th d o wn s tr ea m   m o d u les  s u ch   as  g lo b al  p ath   p lan n in g ,   lo ca o b s tacle - awa r m o tio n   g en er atio n ,   an d   p ath   f o llo win g   o p er ate  o n   p o s esti m ate  t h at  r em ain s   r eliab le  d esp ite  d r if s o u r ce s   s u ch   as   wh ee l sli p   o r   tr an s ien t sen s o r   n o is [ 1 8 ] .     2 . 2 .   H a rdwa re   a rc hite ct ure   T h p r o p o s ed   AM R   em p lo y s   d if f er e n tial - d r iv e   m o b ile  p latf o r m   f o r   in d o o r   war eh o u s lo g is tics .   T h e   h a r d war e   s y s tem   in teg r at es  s en s in g ,   co m p u tatio n ,   p o w er   m an a g em en t,   an d   ac tu atio n   m o d u les  to   s u p p o r r ea l - tim lo ca lizatio n   an d   n a v ig atio n .   Fig u r 1   p r esen ts   th o v er all  h ar d war e   o v e r v ie o f   th p r o p o s ed   s y s tem ,   in clu d in g   th s y s tem   ar ch itectu r a n d   t h p h y s ical  r o b o t   p latf o r m .   As  s h o wn   i n   Fig u r 1 ( a) ,   th e   h ar d war a r ch itectu r d ef in es  th f lo o f   p o wer   an d   d ata  a m o n g   t h s en s in g ,   p r o ce s s in g ,   an d   ac tu atio n   u n its .   T h NVI DI J etso n   AGX  Or in   s er v es  as  th o n b o ar d   co m p u tin g   p latf o r m   f o r   r ea l - tim s en s o r   p r o ce s s in g   an d   R OS2 - b ased   n av ig atio n .   Sen s o r   d ata  ar ac q u ir e d   f r o m   th R PLI DAR  A1 ,   th B NO0 5 5   I MU ,   an d   w h ee en co d er s .   T h e   R PLI DAR  A1   is   u s ed   as  th m ain   p er ce p ti o n   s en s o r   b ec au s its   0 . 5 °  an g u lar   r eso lu tio n   is   s u f f icien f o r   p lan ar   m ap p i n g   in   s tr u ctu r e d   in d o o r   e n v ir o n m e n ts   wh ile  m ain tain in g   lo we r   c o s an d   co m p le x ity   th an   3 L iDAR   alter n ativ es.         ( a)       ( b )     Fig u r 1 .   Har d war o v er v iew  o f   th p r o p o s ed   AM R   Sy s tem :   ( a)   s y s tem   ar ch itectu r a n d   ( b )   p h y s ical  im p lem en tatio n   o f   th r o b o p l atf o r m   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 7 2 2 - 2 5 8 6   I AE I n J   R o b   &   A u to m Vo l .   1 5 ,   No .   2 J u n 20 2 6 :   295 - 3 0 6   298   Fig u r 1 ( b )   s h o ws  th e   p h y s ical  im p lem en tatio n   o f   th e   r o b o p latf o r m   u s ed   in   th e   ex p e r im en ts .   T h e   AM R   is   b u ilt  as  c o m p ac t,   l o w - p r o f ile  m o b ile  b ase   s u itab le  f o r   co n f in ed   in d o o r   s p ac es  s u ch   as  war eh o u s e   co r r id o r s .   T h e   b atter y   p ac k ,   co m p u tin g   u n it,  s en s in g   m o d u les,  an d   m o to r   d r iv er s   a r i n teg r ated   with in   th e   ch ass is   to   im p r o v m ec h an ica s tab ilit y   an d   s im p lify   d ep lo y m en t.  Po wer   is   s u p p lied   b y   4 2   Ah   b atter y   an d   r eg u lated   th r o u g h   DC - DC   co n v er ter   to   p r o v id e   s tab le  v o ltag f o r   th o n b o a r d   c o m p u ter ,   s en s o r s ,   an d   co n tr o elec tr o n ics,  th er e b y   r e d u cin g   th r is k   o f   v o ltag d r o p s   d u r in g   h ig h - lo a d   m o to r   o p er atio n .   T h co n tr o b o ar d   f u n ctio n s   as  th co m m u n icatio n   in ter f ac e   am o n g   th e   s en s o r s ,   co m p u tin g   u n it,  an d   p er ip h er al  d ev ices,  wh ile  also   tr an s m itti n g   m o tio n   co m m an d s   to   th m o t o r   d r iv e r s .   L iDAR   m ea s u r em en ts   ar u s ed   f o r   m a p p in g   an d   lo ca lizati o n   with in   th SLAM   p r o ce s s   [ 1 9 ] .   T h I MU   p r o v i d es  o r ien tatio n   an d   an g u lar   m o tio n   in f o r m atio n   to   im p r o v p o s esti m atio n ,   w h ile  wh ee en co d er s   s u p p ly   r o tatio n al  f ee d b ac k   f o r   esti m atin g   lin ea r   d is p lace m en an d   s u p p o r tin g   l o ca lizatio n   an d   p ath - p lan n in g   f u n ctio n s   [ 2 0 ] .     2 . 3 .   Sens o f us io n a n d lo ca liza t io n   T h AM R   lo ca lizatio n   p r o ce s s   is   b ased   o n   th e   co m b i n ed   u s o f   L iDAR ,   I MU ,   a n d   wh e el  en co d e r   m ea s u r em en ts   to   o b tain   a   m o r r eliab le  esti m ate  o f   th r o b o p o s e.   I n   th p r o p o s ed   s y s tem ,   th ese  s en s o r   s tr ea m s   ar p r o ce s s ed   with in   t h SLAM   m o d u le,   wh ich   is   r e s p o n s ib le  f o r   b o th   m ap   g en er a tio n   an d   o d o m etr y   esti m atio n ,   as  illu s tr ated   in   Fig u r 2 .   L iDAR   d ata  p r o v id e   3 6 0 - d eg r ee   r ep r esen tatio n   o f   th s u r r o u n d in g   en v ir o n m en an d   s er v as  th m ain   in p u f o r   m a p p in g   a n d   o b ject  d etec tio n   [ 2 1 ] .   T h is   in f o r m atio n   is   u s ed   b y   th SLAM   m o d u le   to   co n s tr u ct  th en v ir o n m en tal  m a p   a n d   esti m ate  th r o b o t   p o s itio n   with in   th at  m ap .   Nev er th eless ,   L iDAR   m ea s u r em en ts   m ay   b af f ec te d   b y   s e n s o r   n o is an d   e n v ir o n m en tal   d is tu r b an ce s   [ 2 2 ] [ 2 3 ] .   T o   im p r o v p o s co n s is ten cy ,   th I MU   c o n tr ib u tes  o r ien tatio n   in f o r m atio n ,   in clu d in g   p itch ,   r o ll,  an d   y aw,   wh ich   is   p ar ticu lar ly   u s ef u d u r in g   r o b o m o tio n   an d   tu r n in g   m a n eu v e r s   [ 2 4 ] .   I n   p ar allel,   th w h ee en co d er s   p r o v id e   d is p lace m en t - r elate d   o d o m etr y   d ata  b ased   o n   wh ee l r o tatio n   alo n g   th tr a v eled   p ath .   T o   r ed u ce   t h ef f ec o f   u n ce r tain ty   f r o m   ea ch   s en s in g   m o d ality ,   th p r o p o s ed   s y s tem   ap p lies   s en s o r - f u s io n   ap p r o ac h   to   co m b in L iDAR ,   I MU ,   an d   en c o d er   d ata  [ 2 5 ] .   T h is   f u s io n   p r o ce s s   is   im p lem en ted   u s in g   an   E x ten d ed   Kalm an   Fil ter   ( E KF) ,   wh ich   esti m ates  th r o b o s tate  f r o m   t h co m p lem en tar y   in f o r m atio n   p r o v i d ed   b y   th t h r ee   s en s o r s .   As  s h o wn   i n   Fi g u r 2 ,   th f u s ed   m ea s u r em e n ts   ar u s ed   b y   th e   SLAM   T o o lb o x   to   im p r o v r e al - tim lo ca lizatio n   an d   s u p p o r co n s is ten m ap   co n s tr u ctio n   d u r in g   o p e r atio n .   T h r o u g h   t h is   d ata  f lo w,   th AM R   is   ab le  to   u p d ate  its   p o s an d   m a p   co n tin u o u s ly ,   all o win g   th e   s y s tem   to   m ain tain   r eliab le  n a v ig atio n   p er f o r m a n ce   u n d er   d y n am ic  i n d o o r   c o n d itio n s .           Fig u r 2 .   Sen s o r   f u s io n   a n d   lo ca lizatio n : in teg r atio n   o f   L iD AR ,   I MU ,   an d   en co d er       2 . 4 .   Na v ig a t io n   a rc hite ct ure   Fig u r 3   s u m m ar izes  th e   o p er atin g   l o g ic  o f   t h p r o p o s ed   AM R   n av ig atio n   s y s tem   d u r in g   au to n o m o u s   o p er atio n .   Fo llo win g   s y s tem   in itializatio n ,   th r o b o en ter s   th m ap p in g   s tag to   g e n er ate  s p atial  r ep r esen tatio n   o f   th e n v ir o n m en t.  T h r esu ltin g   m a p   is   th en   ch ec k e d   f o r   n av i g atio n   s u itab ilit y ,   an d   th r o b o t c o n tin u es e x p lo r atio n   u n til a  v alid   2 o cc u p an c y   g r id   m ap   is   o b tain ed   an d   s to r ed .   T h lo wer   p a r o f   th e   f lo wc h ar r ep r esen ts   th n av ig atio n   l o o p   d u r in g   p ath   f o llo win g ,   w h er lo ca l   p lan n in g   a n d   o b s tacle   m o n ito r in g   ar p er f o r m ed   c o n tin u o u s ly .   W h en   an   o b s tacle   is   d etec ted ,   th s y s tem   ac tiv ates  lo ca r ep lan n in g   o r   r ec o v er y   b e h av io r   to   m ain t ain   s af m o tio n .   Oth er wis e,   th r o b o co n tin u es   f o llo win g   th p lan n e d   r o u te  u n til th tar g et  is   r ea ch ed   an d   t h n av ig atio n   task   is   co m p lete d .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I AE I n J   R o b   &   A u to m   I SS N:   2722 - 2 5 8 6       LiDAR - b a s ed   s en s o r   fu s io n   a n d   n a vig a tio n   fo r   in d o o r   a u to n o mo u s   mo b ile  r o b o ts   … ( R ifd a   Ha kima   S a r i )   299       Fig u r 3 .   Op e r atio n al  f lo wc h a r t o f   th a u to n o m o u s   n a v ig atio n   Sy s tem       Fig u r 4   p r esen ts   th n av ig atio n   co n tr o ar c h itectu r o f   th p r o p o s ed   AM R   s y s te m .   Sen s o r   o b s er v atio n s   a n d   s tate  esti m ates  ar tr an s f o r m ed   i n to   m o tio n   co m m an d s   t h r o u g h   an   in teg r ated   p ip elin e   co n s is tin g   o f   lo ca lizatio n ,   g lo b al  p lan n in g ,   lo ca p lan n in g ,   an d   lo w - lev el  ac tu atio n .   tar g et  p o s is   u s ed   as   th n av ig atio n   g o al,   a n d   t h s y s tem   co n tin u o u s ly   u p d ates  it s   p lan n in g   an d   co n tr o ac tio n s   b ased   o n   r ea l - tim s en s o r   f ee d b ac k   an d   o d o m etr y   d ata.           Fig u r 4 .   Sy s tem - lev el  n av ig at io n   co n tr o l d i ag r am   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 7 2 2 - 2 5 8 6   I AE I n J   R o b   &   A u to m Vo l .   1 5 ,   No .   2 J u n 20 2 6 :   295 - 3 0 6   300   Af ter   th m ap p in g   p h ase  p r o d u ce s   an   o cc u p an cy   g r id   m ap ,   th AM R   en ter s   lo ca lizatio n - n av ig atio n   m o d u s in g   th e   s to r ed   m ap   a s   f ix ed   g lo b al   r ef er e n ce .   T h r o b o p o s ( )   is   esti m ated   th r o u g h   a d ap tiv e   Mo n te  C ar lo   lo ca lizatio n   ( AM C L ) ,   wh ich   u p d ates  m u ltip le  p o s h y p o th eses   b y   m atch in g   L iDAR   o b s er v atio n s   to   th m ap   [ 2 6 ] .   W h ee l - en co d er   o d o m etr y   p r o p a g ates  m o tio n   b etwe en   u p d ates,  wh ile  th tr an s f o r m   ch ai n   m ain tain s   c o n s is ten cy   am o n g   th r o b o t,   o d o m etr y ,   an d   m ap   f r am es.   T h is   p r o b a b ilis tic   lo ca lizatio n   p r o ce s s   r ed u ce s   o d o m etr y   d r if t a n d   p r o v id es a   s tab le  p o s esti m ate  f o r   p la n n in g   [ 2 7 ] .   Usi n g   th esti m ated   p o s an d   g lo b al   m ap ,   th e   s y s tem   co m p u tes  f ea s ib le  r o u te   to   t h n av ig atio n   g o al.   T h g lo b al  p lan n er   a p p li es  th A*   alg o r ith m   t o   th e   s tatic  o cc u p an c y   g r id   to   g e n er ate   p ath   th at  av o id s   non - tr a v er s ab le  r e g io n s   an d   s atis f ies  co r r id o r   c o n s tr ain ts .   D u r in g   e x ec u tio n ,   l o ca co s tm ap   is   u p d ate d   f r o m   r ea l - tim s en s o r   d ata  to   r ep r e s en n ea r b y   o b s tacle s   an d   s af ety   m ar g i n s .   T h e   lo ca l   p lan n e r   f o llo ws  t h g l o b al   p ath   wh ile  g en e r atin g   v el o city   co m m a n d s   th at  s atis f y   th r o b o t s   k in em atic  c o n s tr ain ts   an d   av o i d   co llis io n s .   W h en   u n ex p ec ted   o b s tacle s   o r   b lo ck ed   p ass ag es  ar en co u n ter ed ,   r ec o v e r y   b e h av io r s   ar ac tiv ated   to   r esto r f ea s ib le  n av ig atio n   s tate  an d   en ab le  r e p lan n in g   wh e n   n ec e s s ar y   [ 2 8 ] [ 2 9 ] .   T h r esu ltin g   co m m an d s   a r s en t   to   th b ase  co n tr o ller ,   wh ich   co n v er ts   th em   in to   ac tu ato r - lev el  s ig n als  f o r   th d r iv s y s tem   an d   m ain tain s   co n tin u o u s   clo s ed - lo o p   n av i g a tio n .     2 . 5 .   E x perim ent a l set up   T o   v alid ate  th e   p r o p o s ed   s y s tem ,   ex p er im en ts   wer c o n d u cted   in   th E m b ed d e d   Sy s tem s   an d   R o b o tics   L ab o r ato r y ,   Un iv e r s itas   Gad jah   Ma d a,   wh ich   wa s   co n f ig u r ed   to   m im ic  war eh o u s lay o u t.  T h e   en v ir o n m en f ea tu r ed   s ev er al   n ar r o w   co r r i d o r s   a n d   o p e n   ar ea s .   T y p ical  la b o r ato r y   e q u ip m en t,  s u ch   as  d esk s   an d   s to r ag r ac k s ,   wer u tili ze d   as o b s tacle s   to   s im u late  th co n s tr ain ed   s p ac es f o u n d   i n   in d u s tr ial  s ettin g s .   T h n av ig atio n   p e r f o r m an ce   was e v alu ated   u n d e r   two   p r im ar y   test in g   s ce n ar io s .     Static  Ob s tacle   Av o id an ce Fi x ed   o b jects,  in clu d in g   ch ai r s   an d   v er tical  b o ar d s ,   wer p lace d   d ir ec tly   alo n g   th p lan n e d   p ath   t o   ev alu ate  th lo ca l p lan n er s   ab ilit y   to   g e n er ate  alter n ativ tr ajec to r ies.     Dy n am ic  Ob s tacle   I n ter ac tio n T o   test   th s y s tem s   r esp o n s iv en ess   to   u n p r e d ictab le  ch an g es,  p er s o n   cr o s s ed   th r o b o t s   p ath   at  a   s tan d ar d   walk in g   s p ee d ,   r eq u ir in g   th e   d y n am ic  o b s tacle   lay er   in   th e   co s tm a p   to   tr ig g er   o n lin r e p lan n in g .   Fo r   q u a n titativ lo ca lizatio n   a n aly s is ,   g r o u n d   t r u th   m ea s u r e m en ts   wer o b tain ed   b y   co m p ar in g   th e   r o b o t s   esti m ated   p o s ag ain s r ef er en ce   p o s itio n s   m an u ally   m ea s u r ed   at  p r ed ef in e d   way p o in ts   alo n g   th test   r o u te.   T h ese  way p o in ts   p r o v i d ed   th n ec ess ar y   d ata  to   ca l cu late  th R o o Me an   Sq u ar e   E r r o r   ( R MSE )   f o r   b o th   p la n ar   p o s itio n   an d   o r ien t atio n .   T h is   s tu d y   ev alu ates  th e   p at h - p lan n i n g   a n d   o b s tacle - av o i d an ce   p e r f o r m an ce   o f   th e   A u to n o m o u s   Mo b ile  R o b o ( AM R )   in   a   c o n tr o lled   i n d o o r   en v ir o n m en t .   Prio r   to   t h n a v ig atio n   e x p er im en ts ,   an   in itial  m ap p in g   p r o ce d u r is   co n d u cted   to   g en er ate  s p atial  r ep r esen tatio n   o f   t h s u r r o u n d i n g   ar ea .   Fig u r 5   p r esen ts   th o v er all  p ath - p la n n in g   v is u aliza tio n   o f   th p r o p o s ed   AM R   s y s tem .   I n   p ar ticu lar ,   Fig u r e   5 ( a )   s h o ws  th o cc u p an cy   g r id   m a p   o b tain ed   d u r in g   th m ap p in g   s tag e,   wh ich   r ep r esen ts   th s tr u ctu r al  lay o u o f   co r r id o r s   an d   o p en   s p ac es.  T h g en er ated   m ap   is   s u b s eq u e n tly   u s ed   as  th g lo b al  r ef er en ce   f o r   lo ca lizatio n   an d   p ath   p lan n in g ,   e n ab lin g   th r o b o to   id en tif y   tr a v er s a b le  r eg io n s   wh ile  a v o id in g   n o n - n a v ig ab le  a r ea s   d u r in g   au to n o m o u s   o p er atio n   [ 3 0 ] .   B ased   o n   th g en er ated   m a p   as  g lo b al  r e f er en ce ,   th e   AM R   is   task ed   with   m o v i n g   f r o m   a   p r ed ef in e d   s tar t p o s itio n   to   tar g et  lo ca tio n   wh ile  av o id in g   b o th   s tatic  an d   d y n am ic  o b s tacle s .   T h n av ig atio n   f r am ewo r k   co m b in es  g lo b al  p ath   p lan n i n g   with   l o ca o b s ta cle  av o id an ce ,   en a b lin g   th e   r o b o to   g en e r ate  an   in itial  r o u te  an d   co n tin u o u s ly   ad ju s its   m o tio n   in   r esp o n s to   ch an g es  i n   th s u r r o u n d in g   en v ir o n m en t.   T h e   test   en v ir o n m en is   p o p u lated   with   v ar io u s   o b jects  p lace d   alo n g   th n av ig atio n   co r r id o r   to   em u late  ty p ical   in d o o r   o b s tacle s ,   en s u r in g   th at   th s y s tem   is   ev alu ated   u n d er   r ea lis tic  o p er atin g   co n d itio n s .   Du r in g   th e   test ,   th AM R s   d y n am ic  o b s tacle   av o id an ce   s y s tem   was  ev alu ated .   T h r o b o d etec ts   o b s tacle s   in   its   p ath   an d   r ec alcu lates  its   tr ajec to r y   ac co r d in g l y ,   en s u r in g   it  av o i d s   co llis io n s   wh il e   m ain tain in g   its   p ath   to   th g o al  [ 3 1 ] .   Fig u r 5 ( b )   illu s tr ates  th r o b o tr ajec to r y   d u r i n g   n av ig atio n ,   s h o win g   h o th p lan n e d   r o u te  is   u p d ated   wh e n   o b s tacle s   ar en co u n ter e d .   T h is   b eh av io r   d em o n s tr ates  th ef f ec tiv en ess   o f   th im p lem en ted   p ath - p la n n in g   an d   o b s tacle - av o id an ce   m ec h an is m s .   I n   th is   s tu d y ,   th A*   alg o r ith m   is   em p lo y ed   to   d eter m in t h o p tim al  p ath   f o r   th r o b o t b y   ev alu atin g   th co s t f u n ctio n   ( )   at  ea ch   n o d e ,   as d ef in ed   i n   ( 4 ) .     ( ) = ( ) + ( )   ( 4 )     Her e,   ( )   is   th co s to   r ea ch   th n o d f r o m   th s tar t,  an d   ( )   is   th esti m ated   co s to   r ea ch   th g o al  f r o m   th n o d e,   ca lcu lated   u s in g   h e u r is tics   lik E u clid ea n   o r   Ma n h attan   d is tan ce .   T h e   alg o r ith m   iter ates  th r o u g h   n o d es,  s elec tin g   th o n with   t h lo west  ( )   v alu e,   an d   ad ju s ts   th p ath   d y n am ically   as  th r o b o en co u n ter s   n ew  o b s tacle s   [ 3 2 ] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I AE I n J   R o b   &   A u to m   I SS N:   2722 - 2 5 8 6       LiDAR - b a s ed   s en s o r   fu s io n   a n d   n a vig a tio n   fo r   in d o o r   a u to n o mo u s   mo b ile  r o b o ts   … ( R ifd a   Ha kima   S a r i )   301       ( a)   ( b )     Fig u r 5 .   Path   p lan n in g   v is u al izatio n : ( a)   2 o cc u p a n cy   g r id   m ap   in   in d o o r   en v i r o n m e n t a n d   ( b )   r o b o tr ajec to r y   f o r   d y n am ic  o b s tacle   av o id an ce       T h r o u g h   th ese  test s ,   th s y s t em   d em o n s tr ated   h ig h   s u c ce s s   r ate  in   f o llo win g   th p lan n ed   p ath   wh ile  av o id in g   o b s tacle s .   T h p ath   p lan n in g   was  r o b u s t,  ev e n   wh en   th r o b o e n co u n ter ed   n ew  o r   u n ex p ec ted   o b s tacle s ,   an d   it m ain tain ed   a n   ef f icien t r o u te  to   its   g o al.       3.   RE SU L T S AN D I SCU SS I O N   T h is   ch ap ter   r ep o r ts   th ex p er im en tal  f in d i n g s   o b tain ed   f r o m   th ev al u atio n   o f   t h e   p r o p o s ed   Au to n o m o u s   Mo b ile   R o b o ( AM R )   s y s tem ,   with   em p h asis   o n   its   lo ca lizatio n   a n d   n av ig atio n   p er f o r m a n ce .   T h ev alu atio n   ex a m in es  h o ef f ec tiv ely   th e   r o b o f o llo ws  p lan n ed   tr ajec to r ies,  av o id s   o b s tacle s ,   an d   m ain tain s   ac cu r ate  r ea l - tim p o s esti m atio n   u s in g   L iDA R ,   I MU ,   an d   wh ee e n co d e r   d ata.   Sev er al  test   s ce n ar io s   wer co n d u cted   to   ex am in th r o b u s tn ess   o f   th p r o p o s ed   s y s tem   u n d er   d if f er en o p er atin g   co n d itio n s .   T h r esu ltin g   d ata   ar an aly ze d   in   t h f o llo win g   s u b s ec tio n s   to   d is cu s s   th r o b o t s   r esp o n s to   v ar y in g   o b s tacle   co n f ig u r atio n s   as we ll a s   th ac cu r ac y   o f   its   n av ig atio n   an d   l o ca lizatio n   b e h av io r .     3 . 1 .   L o ca liza t io n r esu lt   T h is   s ec tio n   p r o v id es  q u an titativ ass e s s m en o f   th p r o p o s ed   lo ca lizatio n   s y s tem   in   th ex p er im en tal  war eh o u s en v i r o n m en t.   T h ac cu r ac y   o f   th e   m u lti - s en s o r   f u s io n   f r am ewo r k   is   ev alu ated   b y   co m p ar in g   th e   r o b o t s   esti m a ted   tr ajec to r y   with   g r o u n d - tr u th   m ea s u r e m en ts .   T h e   an al y s is   co n s id er s   b o th   tr an s latio n al  an d   r o tatio n al  er r o r s   in   o r d er   to   e x am in th ab ilit y   o f   th s y s tem   to   lim it  d r if d u r in g   e x ten d e d   n av ig atio n .   T h r esu ltin g   m ea s u r em en ts   r ef lect  th co n s is ten cy   an d   p r ec is io n   o f   th SLA M - b ased   lo ca lizatio n   p r o ce s s   u n d er   r ea l - tim o p er at in g   co n d itio n s .     3 . 1 . 1 .   Ro bo t   P o s e   T h p r o p o s ed   AM R   s y s tem   was  in itially   ev alu ated   b ased   o n   its   ab ilit y   to   esti m ate  th r o b o p o s ( θ)   d u r in g   n av ig atio n   in   th test   ar en a.   I n   th is   ev alu atio n ,   th lo ca lizatio n   m o d u le  f u s ed   L iDAR ,   wh ee en co d er ,   an d   I MU   m ea s u r em en ts   to   g en er ate  co n tin u o u s   p o s esti m ate,   wh ich   was  s u b s eq u en tly   co m p ar ed   with   r ef er en ce   p o s itio n s   o b tain ed   t h r o u g h   m an u al  m ea s u r em en ts   alo n g   p r ed e f in ed   p at h .   T h i s   co m p ar is o n   was   in ten d ed   to   d eter m in e   wh et h er   th e   esti m ated   p o s p r o d u ce d   b y   th e   lo ca lizatio n   a lg o r ith m   r em ain e d   s u f f icien tly   clo s to   th ac tu al  r o b o p o s itio n   to   s u p p o r r eliab le  au to n o m o u s   n a v ig atio n .   T ab le  1   s u m m ar izes  th co m p ar is o n   b etwe en   th p o s co m m an d ed   in   th n av i g atio n   p r o g r am   an d   th ac tu al  p o s m ea s u r e d   at  s ev er al  s am p le  way p o in ts .   T h e   r esu lts   s h o th at  t h esti m ated   p o s itio n s   in   th e   m ap   f r am e   ar co n s is ten tly   clo s to   th r ef e r en ce   v alu es.  T h d ev iatio n s   in   th -   an d   -   co o r d in ates  ar o n   th o r d er   o f   f ew  ce n tim etr e s ,   wh ile  th o r ien tatio n   er r o r     r em ain s   with in   f ew  d eg r ee s ,   with   th lar g est   d ev iatio n   b elo a p p r o x im atel y   10 .   T h ese  r esu lts   in d icate   th at  th lo ca lizatio n   m o d u le  ca n   est im ate  th r o b o t   p o s with   s u f f icien ac cu r ac y   f o r   co r r id o r - s ca le  in d o o r   n a v ig atio n ,   an d   v is u ally   th tr aj ec to r y   o f   t h r o b o t   f o llo ws th p lan n e d   p ath   with o u t n o ticea b le  d r if t a lo n g   th t est r o u te.   I n   ad d itio n   to   q u an titativ ev a lu atio n ,   th q u alitativ s tr u ctu r o f   th SLAM   s o lu tio n   was  ex am in ed   u s in g   th g lo b al  g r a p h   r e p r esen tatio n ,   as  s h o wn   in   Fig u r 6 .   T h is   v is u aliza tio n   o v er lay s   th r o b o t s   esti m ated   tr ajec to r y   an d   p o s g r a p h   o n t o   th g en er ated   en v ir o n m e n tal  m ap .   T h co n s is ten alig n m en o f   g r ap h   n o d es   an d   th a b s en ce   o f   n o ticea b le   m ap   d e f o r m atio n   in d icate   th at  th b ac k - e n d   o p tim izatio n   ef f ec tiv ely   m an a g es   ac cu m u lated   e r r o r s   a n d   p r eser v es  g lo b al   m ap   s tr u ct u r e.   T h s m o o th n ess   o f   th tr ajec to r y   an d   th c o h er en t   lo o p   clo s u r es  p r o v id f u r t h er   ev id en ce   th at  th s y s tem   m ain tain s   s tab le  lo ca lizat io n   o v er   ex ten d ed   p at h s   an d   th r o u g h o u t   co m p lex   m o tio n s .   Ov er all,   b o th   n u m e r ical  an d   v is u al  an al y s es  co n f ir m   th at  th lo ca lizatio n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 7 2 2 - 2 5 8 6   I AE I n J   R o b   &   A u to m Vo l .   1 5 ,   No .   2 J u n 20 2 6 :   295 - 3 0 6   302   m o d u le  d eliv er s   d e p en d a b le  p o s esti m ates  s u itab le  f o r   r ea l - tim au to n o m o u s   n av ig atio n   in   in d o o r   en v ir o n m en ts .   T h e   s tab ilit y   o f   SLAM   an d   th m i n im al  d r i f o b s er v ed   ac r o s s   th e   test   s eq u en ce s   s u p p o r th e   ef f ec tiv en ess   o f   th u n d e r ly in g   s en s o r   f u s io n   ap p r o ac h   a n d   en ab le  r o b u s t n av ig atio n   p er f o r m an ce .       T ab le  1 .   R o b o p o s test   r esu lt   P o si t i o n   i n   P r o g r a m     A c t u a l   x   ( m)   y   ( m)   θ (° )     x   ( m)   y   ( m)   θ (° )   1   0   - 90     1 . 0 2   0 . 0 6   - 82   1 . 5   0   - 90     1 . 4 8   0 . 0 5   - 91   2   0   - 90     2 . 0 3   0 . 0 5   - 93   3   1   90     3 . 0 2   0 . 9 4   90   3   2   90     3 . 0 7   1 . 9 7   86   3   3   90     3 . 0 2   2 . 9 5   88   0   0   0     0 . 1   0   4           Fig u r 6 .   Glo b al  SLAM   g r ap h   an d   esti m ated   r o b o t tr ajec to r y       3 . 1 . 2 .   L o ca liza t io n E rr o r   T o   p r o v id e   a   m o r e   q u an titativ m ea s u r e   o f   lo ca lizatio n   ac cu r ac y ,   th R o o Me an   Sq u ar E r r o r   ( R MSE )   was  co m p u ted   f r o m   th p o s co m p ar is o n   r esu lts   s u m m ar ized   in   T ab le   1   u s in g   th esti m ated   a n d   r ef er en ce   r o b o p o s es  r ec o r d e d   d u r in g   a u to n o m o u s   n av ig ati o n .   T h R MSE   was  d eter m in ed   f o r   th p o s itio n   co m p o n en ts   ( , ) as  well  as  f o r   th r o b o o r ien tatio n   ( ) ,   b ased   o n   th d if f er e n ce s   b etwe en   th esti m ated   p o s es  an d   th co r r esp o n d in g   r ef er en ce   m ea s u r em e n ts   at  m u ltip le  s am p led   lo ca tio n s .   As  s u m m ar ized   in   T ab le   2 ,   th R MSE   v alu es  f o r   th x -   an d   y - p o s itio n   co m p o n e n ts   ar 0 . 0 5 0   m   an d   0 . 0 4 7   m ,   r esp e ctiv ely ,   r esu ltin g   in   co m b in ed   p lan a r   p o s itio n   R MSE   o f   0 . 0 6 9   m .   T h ese  r e s u lts   in d icate   th at  th lo ca liz atio n   er r o r   r em ai n s   with in   f ew  ce n tim eter s   th r o u g h o u t h n a v ig atio n   p r o ce s s .   T h o r ien tatio n   R MSE   o f   3 . 9 6 °  f u r th e r   d em o n s tr ates stab le  h ea d in g   e s tim atio n   d u r in g   co r r i d o r - s ca l m o tio n .       T ab le  2 .   L o ca lizatio n   er r o r   u s i n g   R MSE   M e t r i c   R M S E   V a l u e   U n i t   R M S E   P o s i t i o n   ( x )   0 . 0 5 0   m   R M S E   P o s i t i o n   ( y )   0 . 0 4 7   m   R M S E   P o s i t i o n   ( 2 D )   0 . 0 6 9   m   R M S E   O r i e n t a t i o n   ( θ)   3 . 9 6   d e g r e e       Fro m   a   p r ac tical  n av ig atio n   p er s p ec tiv e,   th e   o b tain ed   R MS E   v alu es  a r s u f f icien tly   l o to   s u p p o r t   r eliab le  au to n o m o u s   o p er atio n   in   in d o o r   en v i r o n m e n ts .   T h l ev el  o f   p o s itio n al  a n d   a n g u lar   ac cu r ac y   ac h iev ed   en ab les  co n s is ten p ath   f o llo win g ,   s af o b s tacle   clea r an ce ,   an d   s tab le  ex ec u tio n   o f   n a v ig atio n   task s   with o u t   r eq u ir in g   ex ter n al  c o r r ec tio n ,   t h er eb y   v alid atin g   th e   r o b u s tn e s s   o f   th p r o p o s ed   lo ca lizatio n   s y s tem .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I AE I n J   R o b   &   A u to m   I SS N:   2722 - 2 5 8 6       LiDAR - b a s ed   s en s o r   fu s io n   a n d   n a vig a tio n   fo r   in d o o r   a u to n o mo u s   mo b ile  r o b o ts   … ( R ifd a   Ha kima   S a r i )   303   3 . 2 .   Na v ig a t io n r esu lt   T h p ath - p la n n in g   a n d   o b s tacle - av o id an ce   p er f o r m an ce   o f   t h AM R   was  ex am in ed   th r o u g h   s er ies   o f   au to n o m o u s   n av ig atio n   tr ia ls   d esig n ed   to   r ep r esen war eh o u s o p er atin g   co n d itio n s .   I n   ea ch   tr ial,   th r o b o was  in s tr u cted   to   m o v e   f r o m   p r ed e f in ed   s tar p o s to   ta r g et  p o s u s in g   t h SLAM - g e n er ated   m a p   as  th e   s tatic  g lo b al  r ef er en ce ,   wh ile  n ea r b y   o b s tacle s   wer r ep r e s en ted   th r o u g h   l o ca co s tm ap .   T h Nav 2   s tack   co m p u ted   g l o b al  p ath   u s in g   th A*   p lan n er   an d   co n tin u o u s ly   u p d ated   th lo ca l tr ajec to r y   b ased   o n   r ea l - tim e   s en s o r   d ata.   T h e   r esu ltin g   tr aj ec to r y ,   v is u alize d   i n   Fig u r 6 ,   s h o ws  th at   th r o b o f o llo ws  th co r r id o r   lay o u an d   b en d s   s m o o th l y   ar o u n d   o cc u p ied   r eg io n s   in   th co s tm ap ,   in d icatin g   th at  th p lan n e d   p ath   is   co n s is ten t   with   th en v ir o n m en t stru ctu r an d   av o id s   f o r b id d e n   ar ea s .   Miss io n - lev el  p er f o r m an ce   is   s u m m ar ized   in   T ab le   3 ,   wh ic h   r ep o r ts   th e   o u tco m o f   1 5   a u to n o m o u s   n av ig atio n   tr ials   u n d er   d if f er en co m b in atio n s   o f   s tar an d   g o al  p o s es.  T h AM R   s u cc ess f u lly   r ea ch ed   th e   g o al  with o u co llis io n   in   1 4   o f   th ese  tr ials ,   co r r esp o n d in g   to   m is s io n   s u cc ess   r ate  o f   9 3 . 3 3 %,  wh ile  2   co llis io n s   wer r ec o r d e d .   T h i s   r esu lt  ex ce ed s   th p r ed ef i n e d   s u cc ess   cr iter io n   o f   at  least  8 0 co llis io n - f r ee   m is s io n s   an d   d em o n s tr ates  th at  th n a v ig atio n   s tack   is   s u f f icien tly   r eliab le  f o r   ty p ical  in d o o r   lo g is tics   o p er atio n s ,   w h er r e p etitiv an d   co n s is ten n av ig atio n   b e h av io r   is   r eq u ir e d .   T h f ew  f ailu r ca s es  wer e   ass o ciate d   with   s itu atio n s   in   wh ich   th r o b o ap p r o ac h ed   tig h p ass ag es  an d   th e   lo ca p lan n er   b r ief ly   s elec ted   tr ajec to r ies  th at  b r o u g h t h r o b o t   to o   clo s to   o b s tacle s ,   s u g g esti n g   th at  f u r th e r   tu n i n g   o f   t h c o s tm ap   in f latio n   r ad i u s   an d   o b s tacle   co s t p ar am eter s   co u ld   f u r t h er   i m p r o v e   r o b u s tn ess .       T ab le  3 .   Nav ig atio n   p e r f o r m a n ce   s u m m ar y   N u mb e r   o f   N a v i g a t i o n   Te s t   S u c c e ss  R a t e   ( %)   N u mb e r   o f   C o l l i s i o n s   15   9 3 . 3 3   2       T h o b s tacle   av o id an ce   b eh av io r   o f   th AM R   was  ev alu ated   u n d e r   b o th   s tatic  an d   d y n am ic   co n d itio n s   to   r ef lect  r ea lis tic  in d o o r   s ce n ar io s .   Fo r   s tatic  o b s tacle s ,   f ix ed   o b jects  s u ch   as  a   ch air   an d   v er tical  b o ar d   wer p lace d   d ir ec tly   al o n g   t h co r r id o r   b etwe en   th e   s tar an d   g o al  p o s itio n s .   I n   th ese  tr ials ,   th r o b o co n s is ten tly   d etec ted   th o b s tacle s   th r o u g h   th lo ca l c o s tm ap   an d   g en er ate d   alter n ativ tr aj ec to r ies th at  r o u ted   ar o u n d   th em ,   m ain tain in g   m in im u m   s ep ar atio n   d is tan ce   g r ea ter   th an   th p r ed ef i n ed   s af ety   th r esh o ld   o f   0 . 2 5   m .   T o   f u r t h er   ass ess   r o b u s tn ess ,   ad d itio n al  ex p er im e n ts   wer co n d u cted   i n   th p r esen ce   o f   d y n am ic  o b s tacle s ,   in clu d in g   p er s o n   b r ief ly   cr o s s in g   th r o b o t s   p ath   a n d   o b jects  b ein g   r ep o s itio n ed   d u r in g   n av ig atio n .   W h en   s u ch   ch an g es  o cc u r r ed ,   th lo ca p lan n er   u p d ated   th co s tm ap   an d   tr ig g e r ed   o n lin r ep l an n in g ,   ca u s in g   th e   r o b o t o   r ed u ce   its   s p ee d ,   a d j u s its   h ea d in g ,   a n d   s elec n ew  co llis io n - f r ee   tr ajec to r y   w h ile  p r eser v in g   th e   o r ig in al  g o al.   Qu alitativ in s p ec tio n   o f   th r esu ltin g   p ath s   in d icate s   th at  th AM R   was  ab le  to   a v o id   b o th   s tatic  an d   m o v in g   o b s tacle s   with o u b ec o m in g   s tu c k   o r   ab an d o n in g   th m is s io n ,   a n d   it  c o n tin u ed   to   c o m p lete   n av ig atio n   task s   with in   ac ce p t ab le  b o u n d s   o f   tim e   an d   p ath   l en g th .   Ov er all,   th ex p e r im en tal  f in d in g s   in d icate   th at  th p r o p o s ed   s y s tem   is   ca p ab le  o f   g e n e r atin g   s af an d   ef f icien n a v ig atio n   p ath s   in   b o th   s tatic  an d   m o d er ately   d y n am ic  in d o o r   e n v ir o n m en ts .   T h h ig h   m is s io n   s u cc ess   r ate,   r esp ec f o r   s af et y   d is tan ce   co n s tr ain ts ,   an d   a b ilit y   to   r ep lan   in   r esp o n s t o   m o v i n g   o b s tacle s   in d icate   th at  th AM R   i s   s u it ab le  f o r   d ep lo y m en in   war eh o u s e - lik s ettin g s ,   wh er aisl es  m ay   b p ar tially   o b s tr u cted   an d   th e n v ir o n m e n t c an   ch a n g d u r in g   o p e r atio n .     3 . 3 .   Resul t   a na ly s is   W h ile  th ex p er im e n tal  r esu lt s   p r o v id e   s tr o n g   i n d icatio n   o f   th e   s y s tem s   b aselin ca p a b ilit ies,  a   cr itical  an aly s is   r ev ea ls   s p ec if ic  lim itatio n s   r eg ar d in g   s tatis tical  s ig n if ican ce   an d   en v ir o n m en tal  co m p le x ity .   First,  th r ep o r ted   m is s io n   s u cc ess   r ate  o f   9 3 . 3 3 % m u s t b in ter p r eted   with in   th co n te x t o f   th s am p le  s ize  o f   1 5   tr ials .   W h ile  th is   s am p le  is   s u f f icien to   d em o n s tr ate  th f u n ctio n al  i n teg r atio n   o f   t h e   R OS2   Nav 2   s tack   an d   th s en s o r   f u s io n   alg o r ith m ,   it is   n o t statis tical ly   ex h au s tiv e.   T h ab s en ce   o f   lar g e - s ca le  d ataset  p r ev en ts   th ca lcu latio n   o f   n ar r o co n f id en ce   in ter v als  o r   r ig o r o u s   h y p o th esis   test in g   r eg ar d in g   lo n g - ter m   f ailu r e   r ates.  C o n s eq u en tly ,   th e   claim   o f   f ea s ib ilit y   f o r   p r ac tical   in d o o r   lo g is tics   ap p licatio n s   is   c u r r en tly   p r e d icate d   o n   th ass u m p tio n   o f   co n tr o lled   en v ir o n m en tal  v ar ia b les.  T h s y s tem   is   v alid ated   f o r   s tr u ctu r ed   war eh o u s e   zo n es,  b u d ep lo y m en in   h ig h ly   ch ao tic  o r   u n s tr u ct u r ed   in d u s tr ial  f ac ilit ies  wo u ld   r eq u ir f u r th er   v alid atio n   o n   s ig n if ican tly   lar g er   s ca le  to   ac co u n f o r   e d g ca s es.   Fu r th er m o r e ,   th e v alu atio n   o f   d y n am ic  o b s tacle   h an d lin g   r elied   p r im ar ily   o n   q u an titativ e   s u cc ess /f ail  m etr ic s   an d   q u alitativ v is u al  in s p ec tio n   o f   tr aje cto r y   s m o o th n ess .   W h ile  v is u al  an aly s is   co n f ir m s   th at  th lo ca p lan n er   s u cc ess f u lly   in f lated   co s tm ap s   an d   r e - r o u ted ,   it  lack s   th g r an u lar ity   to   q u a n tify   t h s p ec if ic  s o cial   ef f icien cy   o r   clea r an ce   m ar g i n s   in   r ea l - tim e.   Fin ally ,   th r elian ce   o n   2 L iDAR   co n s titu tes   p er ce p tio n   lim itatio n   in   co m p lex   v er tical  en v ir o n m en ts .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 7 2 2 - 2 5 8 6   I AE I n J   R o b   &   A u to m Vo l .   1 5 ,   No .   2 J u n 20 2 6 :   295 - 3 0 6   304   4.   CO NCLU SI O N   T h is   s tu d y   ex am in e d   th p r o b lem   o f   r eliab le  in d o o r   n a v ig atio n   f o r   a u to n o m o u s   m o b ile  r o b o ts   o p er atin g   i n   war eh o u s e - lik en v ir o n m en ts .   T h p r o p o s ed   s y s tem   in teg r ates  L iDAR - b as ed   p er ce p tio n   an d   m u lti - s en s o r   f u s io n   with in   u n if ied   f r a m ewo r k   th at  s u p p o r ts   m ap p in g ,   lo ca lizatio n ,   an d   p ath   p lan n i n g   f o r   s tr u ctu r ed   in d o o r   o p er atio n .   E x p er im en tal  r esu lts   d em o n s tr a te  th at  th r o b o t   m ain tain s   s tab le  lo ca lizatio n   a n d   ex ec u tes  au to n o m o u s   n av i g atio n   task s   with   a   h ig h   lev el   o f   r eliab ilit y ,   ac h iev in g   n av ig ati o n   s u cc ess   r ate  o f   9 3 . 3 3 wh ile  s af ely   av o id in g   b o th   s tatic  an d   d y n am ic  o b s tacle s .   T o   b u ild   u p o n   th es f in d in g s ,   f u tu r e   r esear ch   will  f o c u s   o n   tr an s it io n in g   f r o m   2 D   L iDAR   s en s o r   to   R GB - ca m er as,  s u ch   as  I n tel  R ea lSen s e   D4 3 5 to   en a b le  m o r e   co m p r eh en s iv 3 D   SLAM   an d   s em an tic  en v ir o n m e n u n d er s tan d in g .   Ad d itio n ally ,   f u r th er   ef f o r ts   will  b d ir ec te d   to war d   o p tim izin g   th n av i g atio n   ar c h itectu r f o r   m o r c o m p lex ,   m u lti - f lo o r   in d o o r   lay o u ts   to   e x p an d   its   s ca lab ilit y   in   lar g e - s ca le  in d u s tr ial  ap p licatio n s .       F UNDING   I NF O R M A T I O N   T h is   wo r k   was  s u p p o r ted   b y   th Dep ar tm e n o f   C o m p u te r   Scien ce   an d   E lectr o n ics,  U n iv er s itas   Gad jah   Ma d u n d er   t h Pu b lic atio n   Fu n d in g   Yea r   2 0 2 6 .       AUTHO CO NT RI B UT I O NS ST A T E M E N T   T h is   jo u r n al  u s es  th C o n tr ib u to r   R o les  T ax o n o m y   ( C R ed iT )   to   r ec o g n ize  in d iv id u al  au th o r   co n tr ib u tio n s ,   r ed u ce   au th o r s h ip   d is p u tes,  an d   f ac ilit ate  co llab o r atio n .     Na m o f   Aut ho r   C   M   So   Va   Fo   I   R   D   O   E   Vi   Su   P   Fu   R if d Hak im Sar i                               J az i E k o   I s tiy an to                               Osk ar   Nata n                               Z aid an   Hak im                               Dan an g   L elo n o                               An d i D h ar m awa n                                 C     C o n c e p t u a l i z a t i o n   M     M e t h o d o l o g y   So     So f t w a r e   Va     Va l i d a t i o n   Fo     Fo r mal   a n a l y s i s   I     I n v e s t i g a t i o n   R     R e so u r c e s   D   :   D a t a   C u r a t i o n   O   :   W r i t i n g   -   O r i g i n a l   D r a f t   E   :   W r i t i n g   -   R e v i e w   &   E d i t i n g   Vi     Vi su a l i z a t i o n   Su     Su p e r v i s i o n   P     P r o j e c t   a d mi n i st r a t i o n   Fu     Fu n d i n g   a c q u i si t i o n         CO NF L I C T   O F   I N T E R E S T   ST A T E M E NT   Au th o r s   s tate  n o   co n f lict o f   in t er est.       DATA AV AI L AB I L I T Y   T h d ata  will b m ad av ailab le  o n   r eq u est .       RE F E R E NC E S   [ 1 ]   O .   M .   Ç e l i k   a n d   M .   K ö se o ğ l u ,   A   m o d i f i e d   D i j k st r a   a l g o r i t h f o r   R O S - b a se d   a u t o n o mo u m o b i l e   r o b o t s,   J o u rn a l   o f   A d v a n c e d   Re se a rc h   i n   N a t u r a l   a n d   A p p l i e d   S c i e n c e s ,   v o l .   9 ,   n o .   1 ,   p p .   2 0 5 2 1 7 ,   M a r .   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 2 8 9 7 9 / j a r n a s . 1 1 1 9 9 5 7 .   [ 2 ]   L.   Y a n g ,   Q .   B u ,   J.  S u n ,   S .   L i u ,   a n d   F .   W a n g ,   R O S 2 - b a se d   i n d o o r   a u t o n o mo u n a v i g a t i o n   f o r   m o v i n g   o b s t a c l e   a v o i d a n c e ,   i n   I n t e r n a t i o n a l   C o n f e re n c e   o n   Ad v a n c e d   S e n s i n g   a n d   I n t e l l i g e n t   S y s t e m s   ( I C AS I S   2 0 2 5 ) ,   O c t .   2 0 2 5 ,   v o l .   1 3 8 0 8 ,   p .   2 6 .   d o i :   1 0 . 1 1 1 7 / 1 2 . 3 0 7 7 4 7 7 .   [ 3 ]   L.   C h a n g ,   X .   N i u ,   a n d   T .   L i u ,   G N S S / I M U / O D O / Li D A R - S LA M   i n t e g r a t e d   n a v i g a t i o n   s y s t e m   u s i n g   I M U / O D O   p r e - i n t e g r a t i o n ,   S e n so rs ,   v o l .   2 0 ,   n o .   1 7 ,   p .   4 7 0 2 ,   A u g .   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / s 2 0 1 7 4 7 0 2 .   [ 4 ]   Z.   C h e n ,   A n a l y s i s   o f   t h e   a p p l i c a t i o n   s c e n a r i o s   o f   d i f f e r e n t   se n so r s   i n   a u t o m a t e d   g u i d e d   v e h i c l e s,   H i g h l i g h t s   i n   S c i e n c e ,   En g i n e e ri n g   a n d   T e c h n o l o g y ,   v o l .   1 1 4 ,   p p .   1 2 2 1 2 8 ,   O c t .   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 5 4 0 9 7 / n 0 a n 7 5 7 0 .   [ 5 ]   Z.   J i a n g ,   T h e   a p p l i c a t i o n   o f   S LA M   t e c h n o l o g y   i n   i n d o o r   n a v i g a t i o n   t o   c o m p l e x   i n d o o r   e n v i r o n m e n t s,   i n   AI C o n f e r e n c e   Pro c e e d i n g s ,   2 0 2 4 ,   v o l .   3 1 4 4 ,   n o .   1 ,   p .   0 3 0 0 1 1 .   d o i :   1 0 . 1 0 6 3 / 5 . 0 2 1 4 2 2 0 .   [ 6 ]   I .   G .   H a n d o n o ,   O .   N a t a n ,   A .   D h a r ma w a n ,   a n d   N .   P .   I n d a r t o ,   En h a n c i n g   S LA M   a c c u r a c y   i n   u r b a n   d y n a m i c s :   a   n o v e l   a p p r o a c h   w i t h   D y n a V I N S   o n   r e a l - w o r l d   d a t a s e t ,   i n   2 0 2 5   1 0 t h   I n t e r n a t i o n a l   C o n f e r e n c e   o n   C o n t ro l   a n d   R o b o t i c E n g i n e e ri n g   ( I C C RE) M a y   2 0 2 5 ,   p p .   1 6 0 1 6 4 .   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / I C C R E 6 5 4 5 5 . 2 0 2 5 . 1 1 0 9 3 4 8 8 .   [ 7 ]   H .   M e ss b a h ,   M .   Em h a r r a f ,   a n d   M .   S a b e r ,   R o b o t   i n d o o r   n a v i g a t i o n :   c o m p a r a t i v e   a n a l y si o f   Li D A R   2 D   a n d   v i s u a l   S LA M ,   I AE S   I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   R o b o t i c a n d   Au t o m a t i o n   ( I J RA) ,   v o l .   1 3 ,   n o .   1 ,   p .   4 1 ,   M a r .   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 1 5 9 1 / i j r a . v 1 3 i 1 . p p 4 1 - 4 9 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.