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.   16 ,   No .   5 ,  Octo b er   20 26 ,   p p .   2 4 5 4 ~ 2 4 7 2   I SS N:  2088 - 8 7 0 8 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijece. v 16 i 5 . pp 2 4 5 4 - 2 4 7 2           2454       J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ij ec e. ia esco r e. co m   Na v ig a tion a nd steering co ntrol o f  a  serv ice robo t  us ing   K inec tv2  and Li D AR       Su ci  Dwij a y a nti,   Sil f a ni Sa n dra   M ira nd a ,   B ha k t i Y ud ho   Su pra pto ,   Dj uli l A m ri,   Ro bi P ra s et io   D e p a r t me n t   o f   El e c t r i c a l   En g i n e e r i n g ,   F a c u l t y   o f   En g i n e e r i n g ,   U n i v e r s i t a s S r i w i j a y a ,   I n d e r a l a y a ,   I n d o n e s i a       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Ap r   1 6 ,   2 0 2 6   R ev is ed   Ma y   2 0 ,   2 0 2 6   Acc ep ted   J u l 2 2 ,   2 0 2 6       S e rv ice   ro b o ts  o p e ra ti n g   in   c o m p lex   i n d o o r   e n v ir o n m e n ts   wit h   d y n a m ic   o b sta c les   a n d   n a rr o w  sp a c e s  re q u ire  a c c u ra te  m a p p in g ,   l o c a li z a ti o n ,   n a v ig a ti o n ,   a n d   m o ti o n   c o n tr o l  f o r  sa fe   a n d   e fficie n t   o p e ra ti o n .   Ho we v e r,   in teg ra ted   sy ste m s  th a t   c o m b i n e   a ll   t h e se   p r o c e ss e s  with in   a   u n ifi e d   fra m e wo rk   re m a in   li m it e d .   Th is  s tu d y   p r o p o se s  a n   in teg ra ted   n a v ig a ti o n   a n d   ste e rin g   c o n tr o l  sy ste m   u sin g   RP LIDAR  A3   a n d   Kin e c t  v 2   se n so r s  with in   a   ROS2 - b a se d   P LAN  fra m e wo rk .   Th e   p r o p o se d   sy ste m   c o m b in e s  G M a p p in g   S LAM   a n d   RTAB - M a p   f o r  h y b r id   m a p p in g ,   e x te n d e d   Ka lma n   fil ter  (EKF )   fo r  lo c a li z a ti o n   e n h a n c e m e n t,   b i d irec ti o n a l  RRT*   fo r  g lo b a l  p a th   p lan n i n g ,   a rti ficia l  p o ten ti a l   field   (APF )   f o r  l o c a l  o b sta c le  a v o i d a n c e ,   a n d   a   Ty p e - 2  fu z z y   lo g ic  c o n tr o ll e r  (F LC)  fo r  ste e rin g   c o n t ro l.   Ex p e rime n tal  re su lt s  sh o w   th a t  t h e   m a p p i n g   sy ste m   a c h iev e d   a   m e a n   sq u a re d   e rro r   (M S E) ,   F 1 - sc o re ,   re c a ll ,   a n d   p re c isio n   o f  0 . 2 6 ,   0 . 1 7 1 4 ,   0 . 0 3 1 2 ,   a n d   0 . 0 4 9 8 ,   re sp e c ti v e ly .     In   s tee r i n g   c o n tr o l  e v a l u a ti o n ,   t h e   p r o p o se d   T y p e - 2   F LC  wit h   se v e n   m e m b e rs h i p   f u n c ti o n s   o u t p e r f o rm e d   t h e   p r o p o r ti o n a l – i n te g ra l – d e r i v a ti v e   (P ID)   c o n tr o ll e r   u n d e r   t h e   tes te d   c o n d i ti o n s,   a c h ie v i n g   a   r ise   ti m e   o f   0 . 2 9 0 1   s ,  se tt li n g   ti m e   o f  1 . 6 8 1 9   s,  p e a k   ti m e   o f  1 . 6 9 9 7   s,  o v e rsh o o t  o f  0 . 4 1 6 7 % ,   a n d   ste a d y - sta te  e rro r  o f   1 0   (3 . 6 ).   Th e se   re su lt s  in d ica te  th a t  t h e   p r o p o se d   sy ste m   imp ro v e s   n a v i g a ti o n   sta b il i ty ,   ste e rin g   p e rfo rm a n c e ,   a n d   e n v i ro n m e n tal   p e rc e p ti o n ,   d e m o n stra ti n g   str o n g   p o ten t ial  fo r   a u t o n o m o u s   se rv ice   ro b o t   a p p li c a ti o n s in   c o m p lex   in d o o r  e n v iro n m e n ts.   K ey w o r d s :   L o ca lizatio n   Nav ig atio n   Po s itio n in g   Ser v ice  r o b o t   Steer in g   T h is i s  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 :   Su ci  Dwijay an ti   Dep ar tm en t o f   E lectr ical  E n g i n ee r in g ,   Facu lty   o f   E n g in ee r in g ,   Un iv er s itas   Sriwijay a   J l.  R ay a  Palem b an g   Pra b u m u lih   KM   3 2 ,   I n d er ala y a,   Og an   I l ir ,   I n d o n esia   E m ail:  s u cid wijay an ti@ f t.u n s r i.a c. id       1.   I NT RO D UCT I O N   Ser v ice  r o b o ts   ar e  n o n - in d u s tr ial  r o b o ts   d esig n ed   to   p er f o r m   task s   th at  ass i s t  h u m an s   th r o u g h   in ter ac tio n ,   co m m u n icatio n ,   a n d   s er v ice  d eliv er y   [ 1 ] .   T h ey   in teg r ate  r o b o tics   an d   ar tific ia l  in tellig en ce   with   au to n o m o u s   tech n o lo g ies  a n d   p h y s ical  in ter f ac es  [ 2 ] .   R o b u s t  en v ir o n m en tal  m a p p in g   ca p ab ilit y   is   ess en tial  f o r   c o m p u tin g   o p tim al  n a v ig atio n   p ath s   f r o m   th e  r o b o t’ s   cu r r e n t  p o s itio n   to   a   tar g et   lo ca tio n ,   en ab lin g   au to n o m o u s   o p er atio n .   T h is   f r am ewo r k   is   co m m o n ly   r ef er r ed   to   as  p o s itio n in g ,   lo ca lizati o n ,   a n d   n av ig atio n   ( PLAN ) .   I t  in v o lv es  esti m atin g   th e  r o b o t’ s   s p atial  co o r d i n ates  ( p o s itio n in g ) ,   d eter m i n in g   i ts   p o s e  r elativ e  to   a   k n o wn   o r   d y n am ically   g en er ated   m ap   ( lo ca lizatio n ) ,   an d   co m p u tin g   an   o p tim al  tr ajec to r y   to   th e  tar g et   lo ca tio n   ( n a v ig atio n )   [ 3 ] .   Po s itio n in g   r ef er s   to   th e  p r o c ess   b y   wh ich   a  r o b o t  d eter m in es  its   ex ac t  lo ca tio n .   Un ce r ta in ty   in   th is   p r o ce s s   ca n   lead   to   l o ca lizatio n   f ailu r e .   Mo r eo v er ,   th e   r o b o t  m u s t  d etec t  en v ir o n m e n tal  d is tu r b an ce s   to   r ep o s itio n   its elf   ef f ec tiv ely   [ 4 ] .   A  s im u ltan e o u s   lo ca lizatio n   an d   m ap p in g   ( SLAM )   alg o r it h m   ar e   co m m o n ly   u s ed   to   ad d r ess   th is   is s u e.   SLAM   is   a  m ap p in g   ap p r o ac h   ap p lied   wh e n   r o b o t  l o ca lizatio n   is   u n ce r tain   [ 5 ] .  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:   2088 - 8 7 0 8         N a vig a tio n   a n d   s teerin g   co n tr o l o f a   s ervice  r o b o t u s in g   K in ec tv2   a n d   LiDAR   ( S u ci  Dw ija ya n ti )   2455   Ho wev er ,   th is   m eth o d   h as  lim itatio n s   in   au to m atica lly   g e n er atin g   an d   u p d atin g   m ap s   [ 6 ] .   T h er e f o r e,   r o b u s t  p r o b a b ilis tic  s elf - lo ca lizatio n   m eth o d s   th at  ac co u n t  f o r   s en s o r   u n ce r tain ty   an d   m o tio n   e r r o r s   ar e  r eq u ir e d ,   in clu d in g   Ma r k o v   lo ca lizatio n ,   Kalm an   f ilter in g ,   an d   a d ap tiv e  Mo n te  C ar lo   lo ca lizatio n   ( A MCL)   [ 7 ] .    Nav ig ati o n   d e te r m i n es  t h e   p ath   t h at   e n a b l es  a   r o b o t  t o   m o v e  f r o m   t h e  s ta r ti n g   p o s it io n   t o   th e   d est in ati o n .   I t   in v o l v es   g l o b al   a n d   l o c al   p at h   p la n n i n g .   Glo b a l   p at h   p la n n i n g   f o c u s e s   o n   o f f li n e   r o u te   g e n e r a ti o n   a n d   p r e d i cti o n ;  h o wev er ,   i t  is   n o t  p e r f o r m e d   i n   r ea l  t im e  a n d   c an n o t  r e a d il y   a d ap t   t o   e n v ir o n m e n ta l  ch an g es  [ 8 ] .   E x a m p les   o f   g l o b al   p at h   p la n n i n g   al g o r i th m s   in cl u d e   Dij k s t r a’ s   a lg o r it h m ,   A - s ta r ,   r a p i d l y   ex p l o r i n g   r a n d o m   t r e e   ( R R T ) ,   p o te n ti al   f ie ld   m et h o d s ,   an d   a n t   c o l o n y   o p ti m i za t io n   [ 9 ] .   L o ca l   p at h   p la n n i n g   is   d y n am ic  a n d   p e r f o r m e d   o n li n e ,   en a b li n g   t h e  r o b o t   t o   m ak e  r e al - ti m e   d ec is i o n s   b ase d   o n   e n v ir o n m en tal   co n d iti o n s ,   w h ic h   m a k es  it   s u i tab le   f o r   c o m p l e x   tas k s .   H o w e v e r ,   av o i d i n g   c o ll is i o n s   w it h   s u r r o u n d i n g   o b j ec ts   r e m ai n s   a   m aj o r   c h al le n g e   [ 1 0 ] .   L o ca l   p a th   p l an n i n g   al g o r it h m s   i n cl u d e   t h e   d y n a m i c  wi n d o w   a p p r o a ch ,   ti m e   elast ic   b a n d ,   m o d el   p r e d ic ti v e   co n t r o l ,   a n d   AM C L   [ 7 ] .   A d d it io n a ll y ,   ef f e cti v e   n a v i g at io n   i n   d y n am ic   en v i r o n m e n ts   r e q u ir es  r o b u s t  p er ce p ti o n ,   l o c ali za t io n ,   p a th   p l an n i n g ,   a n d   m o ti o n   co n t r o l   c a p a b il iti es  [ 1 1 ] .    A  r o b o t  r e q u ir es  a  co n tr o l  s y s tem   to   r eg u late  s teer in g   d u r in g   m an eu v er in g   an d   s u p p o r t   ef f ec tiv e  n av ig atio n   [ 1 2 ] ,  [ 1 3 ] .   Var io u s   co n tr o l  m eth o d s   h av e  b ee n   u s ed ,   in clu d i n g   f u zz y   lo g ic  [ 1 4 ] ,   p r o p o r tio n al – in teg r al – d er i v ativ e  ( PID )   c o n tr o l  [ 1 5 ] ,   a n d   g en etic  alg o r ith m s   [ 1 6 ] .   R o b o t   co n tr o l  s y s tem s   ar e  s u b ject  t o   u n ce r tain ty   a n d   d is tu r b an ce s   t h at  ca n   ca u s e  s teer in g   in a cc u r ac ies an d   r ed u ce   n av ig atio n   ef f icien cy   [ 1 3 ] .    Ma p p in g   an d   n av i g atio n   r em ain   ch allen g i n g   i n   d y n am ic   in d o o r   en v ir o n m en ts   [ 1 7 ] ,   wh er e  s er v ice   r o b o ts   m u s t  co n tin u o u s ly   ad a p t  to   r ap i d   ch an g es.  Prio r   s tu d ies  h av e  ty p ically   tr ea ted   th e  PLAN   f r am ewo r k   as   s ep ar ate  co m p o n en ts   with in   r o b o tic  s y s tem s .   I n   co n tr ast,  th is   s tu d y   d ev elo p s   an   in teg r ated   PLAN   s y s tem   f o r   a  s er v ice  r o b o t,  em p h asizin g   a  u n if ied   ar c h itectu r e  th at  co m b in es  h y b r i d   m ap p in g ,   m u lti - s en s o r   f u s io n ,   an d   h ier ar ch ical  co n tr o l to   e n h an c e  r o b u s tn ess   in   d y n am ic  in d o o r   s ettin g s .   T h e  p r o p o s ed   n av i g atio n   s y s te m   em p lo y s   v is u al  s im u ltan eo u s   lo ca lizatio n   an d   m ap p in g   ( V - SLAM ) ,   lev er ag in g   o d o m etr y   d er iv ed   f r o m   GM ap p in g - b ased   SLAM   f o r   im p r o v ed   r ea l - tim e  p er f o r m an ce .   T h is   d ata  is   f u r th er   p r o ce s s ed   b y   r ea l - tim e  ap p ea r an ce - b ased   m ap p in g   ( R T AB - Ma p )   to   g en er ate  th r ee - d im en s io n al  p o i n t   clo u d   r ep r esen tatio n s   [ 1 8 ] .   S elf - lo ca lizatio n   is   en h an ce d   u s in g   an   ex ten d ed   Kalm an   f ilt er   ( E KF)   to   r ed u ce   s en s o r   n o is e  a n d   m itig ate  wh e el  s lip   ef f ec ts   [ 1 9 ] .   Fo r   p ath   p l an n in g ,   an   ar tific ial  p o ten tial  f ield   ( APF)  m eth o d   is   u s ed   f o r   lo ca l  p lan n in g ,   wh ile  A - s tar   an d   b id ir ec tio n al  r ap id ly   ex p lo r in g   r an d o m   tr ee   s tar   ( R R T * )   alg o r ith m s   ar e  a p p lied   f o r   g l o b al  p lan n in g   [ 2 0 ] – [ 2 2 ] .   Steer in g   co n tr o l  is   im p lem e n ted   u s in g   ty p e - 2   f u zz y   lo g ic,   wh ich   h as  s h o wn   s tr o n g   p er f o r m an ce   in   p r ev io u s   s tu d ies  [ 2 3 ] ,   [ 2 4 ] ,   en a b lin g   e f f ec ti v e  m an e u v er in g   in   co m p lex   e n v ir o n m en ts .   Sev er al  p r ev io u s   s tu d ies  h av e   in v esti g ated   au to n o m o u s   r o b o t  n av ig atio n   b y   f o cu s in g   o n   in d iv id u al   co m p o n en ts   o f   t h e  PLAN   f r a m ewo r k ,   s u c h   as  m ap p in g ,   lo ca lizatio n ,   p ath   p lan n in g ,   o r   m o tio n   c o n tr o l.   So m e   s tu d ies  p r im ar ily   f o cu s   o n   SL AM - b ased   m ap p in g   u s in g   L iDAR   s en s o r s ,   wh ile  o th er s   e m p h asize  lo ca lizatio n   im p r o v em e n t  th r o u g h   p r o b a b ilis tic  f ilter in g   m eth o d s   o r   n av ig atio n   u s in g   g l o b al  a n d   l o ca l  p ath - p lan n in g   alg o r ith m s .   I n   a d d itio n ,   s ev er al  wo r k s   h av e   ex p lo r ed   f u zz y   lo g ic - b ased   s teer in g   co n t r o l  f o r   im p r o v i n g   r o b o t  m an eu v er a b ilit y .   Ho wev er ,   m o s t  ex is tin g   ap p r o ac h es  ev alu ate  th ese  co m p o n en ts   s ep ar ately   an d   r el y   o n   s in g le - s en s o r   co n f ig u r atio n s ,   r esu ltin g   in   lim ited   en v ir o n m en tal  p er ce p tio n   an d   r ed u ce d   r o b u s tn ess   in   d y n am ic  in d o o r   e n v ir o n m en t s .   Fu r th er m o r e,   o n ly   lim ited   s tu d ies  h av e  in teg r ated   h y b r i d   2 D – 3 D  m ap p in g ,   m u lti - s en s o r   f u s io n ,   h ier a r ch ical  n av ig atio n ,   an d   in tellig e n t  s teer in g   c o n tr o l   in to   a   u n if ied   R OS2 - b ased   f r am ewo r k   f o r   r ea l - tim e  au t o n o m o u s   s er v ice  r o b o ts .   M o s t  p r ev io u s   s y s tem s   also   lack   co m p r eh en s iv e   in teg r atio n   b etwe en   m a p p in g ,   lo ca lizatio n ,   n av ig atio n ,   an d   s teer in g   co n tr o l  u n d er   d y n am ic  an d   clu tter ed   en v ir o n m en tal  co n d itio n s .   T h er ef o r e,   th is   s tu d y   p r o p o s es  a   co m p r eh en s iv e  PLAN   f r am e wo r k   th at   in teg r ates  L iDAR - b ased   GM ap p in g ,   R T AB - Ma p ,   E KF - b ased   s en s o r   f u s io n ,   b id ir ec tio n al  R R T *   p ath   p lan n in g ,   APF   o b s tacle   av o id an ce ,   an d   T y p e - 2   f u zz y   lo g ic  s teer in g   c o n tr o l in to   a  s in g le  au to n o m o u s   n av i g atio n   ar ch itectu r e.     I n   th is   s tu d y ,   th e  s er v ice  r o b o t  is   eq u ip p ed   with   m u ltip le  s e n s o r s   to   im p lem en t  th e  p r o p o s ed   PLAN   f r am ewo r k ,   in clu d i n g   L iDAR   an d   Kin ec t  v 2   ( Xb o x ) .   L iD AR   is   u s ed   to   m ap   th e  s u r r o u n d in g   en v ir o n m e n t  an d   p r o v id e   ac cu r ate  d is tan ce   m ea s u r em en ts   to   s u p p o r t  l o c aliza tio n   an d   n av ig atio n   [ 2 5 ] ,   wh ile  Kin ec t  v 2 ,   eq u ip p e d   with   an   R GB   ca m er a,   is   u s ed   f o r   o b ject  d etec tio n ,   th r ee - d im en s io n al  m ap p in g ,   an d   s u p p o r t  o f   th e   lo ca lizatio n   s y s tem   th r o u g h   S L AM   [ 2 6 ] .   T o   clea r l y   d is tin g u is h   th is   wo r k   f r o m   p r ev io u s   s tu d ies,  th e  m ain   co n tr ib u tio n s   o f   th is   r esear ch   ar e  s u m m ar ized   as f o llo ws:   −   A   h y b r id   m ap p in g   f r am e w o r k   t h a t   in t eg r a t e s   2 D   L i D A R - b a s e d   S L A M   ( G - Ma p p i n g )   an d   3 D   R G B - D  S L A M   ( R T A B - M a p )   w i t h in   a   u n if i e d   R O S 2   a r ch i t e c t u r e ,   e n a b l in g   e f f i c i e n t   n av i g a t io n   a n d   e n h an c e d   e n v ir o n m en t a l   p e r ce p t io n .   −   A  m u lti - s en s o r   f u s io n   s tr ateg y   th at  co m b in es  L iDAR   A3   an d   Kin ec t  v 2   th r o u g h   s p atio tem p o r al  alig n m e n t  an d   E KF - b ased   s tate  esti m atio n ,   im p r o v in g   lo ca lizatio n   r o b u s tn ess   in   d y n am ic  in d o o r   e n v ir o n m en ts .   −   A  h ier ar ch ical  n av ig atio n   f r a m ewo r k   th at  in teg r ates  g lo b al  p ath   p lan n in g   u s in g   b id ir ec tio n al  r ap id ly   ex p lo r in g   R R T *   with   lo ca l  o b s tacle   av o id an ce   b ased   o n   th e  APF  m eth o d ,   alo n g   with   a  ty p e - 2   f u zz y   lo g ic   co n tr o ller   ( FLC)   f o r   ad a p tiv e  s teer in g   u n d e r   u n ce r tain ty .   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.   16 ,   No .   5 ,   Octo b e r   20 26 :   2 4 5 4 - 2 4 7 2   2456   −   A  co m p lete  r ea l - tim e  im p le m en tatio n   o f   t h e  in teg r ate d   PLAN   s y s tem   o n   a  s er v ice  r o b o t  u s in g   h eter o g en e o u s   s en s o r s .   T h e   r e m a i n d e r   o f   t h i s   p ap e r   is   o r g a n i ze d   a s   f o l l o w s .   S e c t io n   2   d e s c r ib e s   th e  m e th o d s   u s e d   i n   t h i s   s t u d y .   S e c t io n   3   p r e s en t s   t h e  r e s u l t s   an d   d i s c u s s i o n .   S ec t i o n   4   c o n c lu d e s   th e   s t u d y .       2.   M E T H O D    Fig u r e  1   s h o ws  th e  wh ee led   d esig n   o f   th e  s er v ice  r o b o t.   Fig u r e  1 ( a)   p r esen ts   th e  o v er all  r o b o t  d esig n ,   wh ile   th e  i m p lem en ta tio n   o f   L iDAR   an d   Kin ec t   v 2   is   s h o wn   in   Fig u r e   1 ( b ) .   T h e   m ain   co m p o n en ts   u s ed   to   im p lem en t t h e  PLAN   f r am ewo r k   in clu d e  L iDAR   A 3   an d   Kin ec t  v 2 .           ( a)   ( b )     Fig u r e  1 .   W h ee led   d esig n   o f   th e  s er v ice  r o b o t:  ( a)   d esig n   o f   a  s er v ice  r o b o t m o v e m en t a n d     ( b )   im p lem e n tatio n   o f   L iDAR   A3   an d   Kin ec t v 2       2 . 1 .   P L AN  s y s t em   des ig n   F i g u r e   2   s h o ws   t h e   f l o w c h a r t   o f   t h e   r o b o t   o p e r a t i n g   s y s t e m   ( R OS )   u s e d   t o   e x e c u t e   t h e   P L AN   s y s t e m .   T h e   p r o c e s s   b e g i n s   w it h   t h e  c o l l e c ti o n   o f   m a p p i n g   d a t a   f r o m   t h e   C o n t r o l   a n d   R o b o t i c s   L a b o r at o r y   a t  U n i v e r s it a s   S r i w ij a y a   u s i n g   L i D AR   A 3   a n d   a   K i n e ct   v 2   ca m e r a   t o   g e n e r at e   t h e   t es t  m ap .   T h e   L i DA R   A 3   p e r f o r m s   l a s e r   s c a n   m at c h i n g   u s i n g   t h e   G - M a p p i n g   S L A M   al g o r i t h m   t o   p r o d u c e   L i D AR - b a s e d   o d o m e t r y   d a t a .   T h i s   d a t a   i s   t h e n   u s e d   t o   g e n er a t e   a   p o i n t   cl o u d   w i t h   d is t o r ti o n   c o r r e c t i o n   a p p l i e d .   I n   p a r al l e l ,   t h e   K i n e ct   v 2   c a m e r a   c a p t u r es   e n v i r o n m e n ta l   f e a t u r es   a n d   p r o d u c e s   a   d e p t h - b a s e d   p o i n t   cl o u d ,   p r o v i d i n g   i m a g e   d a t a  c o r r e s p o n d i n g   t o   s u r r o u n d i n g   o b j e c t s .           Fig u r e  2 .   GM ap p in g   p r o ce s s   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:   2088 - 8 7 0 8         N a vig a tio n   a n d   s teerin g   co n tr o l o f a   s ervice  r o b o t u s in g   K in ec tv2   a n d   LiDAR   ( S u ci  Dw ija ya n ti )   2457   A   g r o u n d   r e m o v a l   p r o c e s s   is   ap p l i e d   t o   i m p r o v e   p e r c e p t i o n   ac c u r a c y   a n d   r e d u c e   c o m p u t a t io n a l   l o a d .   V o x e l   f i lt e r i n g   p a r t it i o n s   t h e   s p a c e   i n t o   a   t h r e e - d i m e n s i o n a l   g r i d   t o   r e d u c e   d at a   v o l u m e   w h i l e  p r e s e r v i n g   e s s e n t i a l  i n f o r m a t i o n ,   t h e r e b y   i m p r o v i n g   p r o c e s s i n g   e f f i ci e n c y .   T h e   n e x t   s te p   i s   p o i n t   c l o u d   p r o j e c t i o n ,   w h i c h   t r a n s f o r m s   t h e   d a t a   t o   s i m p li f y   i t s   r e p r es e n t at i o n .   T h e   c a m er a   t h e n   g e n e r a t es   a   l as e r - b as e d   p o i n t   c l o u d   f o r   3 D   r e p r e s e n t a ti o n ,   w h i c h   is   c o m b in e d   w i t h   d a t a   f r o m   t h e   L iD AR   A 3 .   Sp atio tem p o r al  alig n m en t  e n s u r es  co n s is ten cy   b etwe en   th e  two   s en s o r   s o u r ce s   d u r in g   d ata   in teg r atio n .   T em p o r al  alig n m en t  s y n ch r o n izes  d ata  f r o m   th e  L iDAR   A3   b ased   o n   tim e,   wh ile  s p atial   alig n m en t  m atch es  d ata  ac co r d in g   to   s p atial  co o r d in ates.  T h is   alig n m en t  f o r m s   th e  b asis   o f   th e  s en s o r   f u s io n   f r am ewo r k ,   en ab lin g   r eliab le  in teg r atio n   o f   h eter o g en e o u s   d ata  f o r   s u b s eq u en t  lo ca lizatio n   an d   m ap p in g   p r o ce s s es.  T h e  m er g in g   p r o ce s s   aim s   to   im p r o v e  th e  ac cu r a cy   o f   th e  r esu ltin g   p o i n t  clo u d .   Af ter   d ata  f u s io n ,   s ca n   m atch in g   is   p er f o r m e d   t o   v er if y   c o n s is ten cy   b etwe en   th e  g en e r ated   m a p   a n d   t h e  ac t u al  en v ir o n m e n t.  I f   d is cr ep an cies  ar e  d etec ted ,   th e  m ap p in g   p r o ce s s   is   r ep ea ted   u s in g   th e  L iDAR   A3   an d   Kin ec t  v 2 .   On ce   v alid ated ,   th e  r esu ltin g   m ap   a cc u r ately   r ep r esen ts   th e  en v ir o n m en t  an d   s u r r o u n d in g   o b je cts.   T h e  r o b o t  th en   p er f o r m s   lo ca lizatio n   u s in g   a n   E KF,  wh ich   f ilter s   th e  f u s ed   s en s o r   d ata  to   im p r o v e   th e  ac cu r ac y   o f   t h e  r o b o t’ s   p o s itio n   an d   o r ien tatio n .   Af te r   esti m atin g   its   p o s itio n   o n   th e  m ap ,   th e  r o b o t  p r o ce ed s   to   n av ig atio n   u s in g   a   p ath   p lan n in g   alg o r ith m .     2 . 2 .     M ulti - s en s o r  f us io n str a t eg y   T h i s   s t u d y   e m p l o y s   a   m u l t i - s en s o r   f u s i o n   s t r a t e g y   t o   i n t e g r a te   d a t a   f r o m   L i D A R   A 3   a n d   K in e c t   v 2   f o r   r o b u s t   p e r c e p t i o n   a n d   l o c a li za t i o n .   T h e   L i D AR   s e n s o r   p r o v i d e s   a cc u r a t e   p la n a r   d i s t a n c e  m e a s u r e m e n ts   f o r   r e l i a b l e   2 D   m a p p i n g ,   w h i l e   Kin e c t   v 2   s u p p l i e s   d e p t h   a n d   v i s u a l   i n f o r m a t i o n   f o r   t h r e e - d i m e n s i o n a l   e n v i r o n m e n t   r e p r e s e n t a ti o n .   T h e  f u s io n   p r o ce s s   is   co n d u cted   in   two   s tag es.  First,  s p atio tem p o r al  alig n m en t  is   ap p lied   to   s y n ch r o n ize   an d   r eg is ter   d ata   f r o m   b o th   s en s o r s ,   e n s u r in g   c o n s is ten cy   in   tim e  an d   c o o r d in ate  f r am es.  Seco n d ,   an   ex ten d ed   Kalm a n   f ilter   ( E KF)   is   u s ed   at  th e   s tate  esti m atio n   lev el  to   f u s e  s en s o r   m ea s u r em en ts   with   th e   r o b o t   m o tio n   m o d el,   th e r eb y   p r o d u cin g   an   ac c u r ate  esti m at e  o f   th e  r o b o t  p o s e.   T h e   E KF  p r o ce s s   co n s is ts   o f   p r ed ictio n   a n d   co r r ec tio n   s tep s .   T h e  p r ed ictio n   s tep   is   f o r m u lated   as:     ̂ ̅   =  ( ̂ − 1 ,     , 0 )     ( 1 )     wh er e  ̂ ̅     is   th e  p r ed icted   r o b o t  s tate  at  tim e  ( ) ,   ̂ − 1     is   th e  r o b o t  s tate  at  th e  p r ev io u s   tim e  s tep ,   an d       i s   th e  co n tr o l i n p u t  o b tain ed   f r o m   th e  I MU   s en s o r .   T h e  p r e d ic ted   co v ar ian ce   er r o r   m atr ix   is   ca lcu lated   as:     −   =  − 1 − 1 − 1 +      ( 2 )     wh er e  −   is   th e  p r ed icted   co v ar i an ce   er r o r   m atr i x   at  tim e  ( ) ,   − 1   is   th e  J ac o b ian   m atr ix   o f   th e  tr an s itio n   f u n ctio n     ( ) ,   an d     d en o tes  th e  p r o ce s s   n o is e  co v ar ian ce   m at r ix .   T h e  co r r ec tio n   s tep   u s ed   to   u p d ate  th e   s tate  esti m ate  i s   ex p r ess ed   as:     ̂   =  ̂ ̅   +  ( − ℎ ( ̂ ̅   ) )     ( 3 )     wh er e  ̂   is   th e  co r r ec ted   s tate  af ter   o b s er v atio n ,     is   th e  ac tu al  o b s er v atio n ,   − ℎ ( ̂ ̅   )   r ep r esen ts   th e  r esid u al  er r o r   b etwe en   th e   a ctu al  o b s er v atio n   a n d   t h e  p r ed icted   o b s er v atio n   f r o m   th e   o b s er v atio n   m o d el   ℎ ( ̂ ̅   )   an d     d en o tes  th e  Kalm a n   g ai n .   T h r o u g h   th is   p r o ce s s ,   th e  E KF  co m b in es  o d o m etr y   a n d   s en s o r   d ata  to   r ed u ce   l o ca lizatio n   er r o r s   a n d   im p r o v e  p o s e  esti m atio n   ac cu r ac y .   T h e  s y s tem   also   in teg r ates o u tp u ts   f r o m   G - Ma p p in g   an d   R T AB - Ma p .   2 D  m ap s   ar e  u s ed   f o r   ef f icien t   n av ig atio n ,   wh ile  3 D  p o in t   clo u d   d ata  e n h an ce   en v ir o n m en tal  u n d e r s tan d in g .   T h is   la y er e d   f u s io n   a p p r o ac h   lev er ag es  th e   co m p le m en tar y   ch ar ac ter is tics   o f   b o th   s en s o r s ,   im p r o v in g   r o b u s tn ess   in   en v ir o n m en ts   wit h   lim ited   g eo m etr ic  o r   v is u al  f ea tu r es.     2 . 3 .   P L AN  s y s t em   ev a lua t io n   T h e   P L A N   s y s t e m   wa s   t es t e d   a t   t h e   C o n t r o l   a n d   R o b o t i cs   L ab o r a t o r y   a t   U n i v e r s i t as   S r iw i jay a .   I n   t h i s   s t a g e ,   t h e   e n v i r o n m e n t a l   m a p   w a s   g e n e r a te d   u s i n g   t h e   3 D - b a s e d   R T AB - M a p   S L A M   a l g o r i t h m ,   w h i c h   u t il i z es  d a t a   f r o m   L i D AR   A 3   a n d   t h e   K i n e c t   v 2   c a m e r a .   T h e   r es u l t i n g   3 D   m a p   w a s   t h e n   e x p o r t e d   as   a   t w o - d i m e n s i o n a l  m a p   ( . p g m   a n d   . y a m l )   f o r   n a v i g a t i o n .   A n   E K F   w a s   u s e d   t o   i m p r o v e   t h e   a c c u r a c y   o f   t h e   r o b o t ’ s   p o s i t i o n   a n d   o r i e n t a t i o n   e s t i m a t es   b y   c o m b i n i n g   m o t i o n   m o d e l   p r e d i c t i o n s   w i t h   s e n s o r - b a s e d   c o r r e c t io n s .   A s   p a r t   o f   t h e   e v a l u a t i o n ,   t h e   2 D   m a p   o b t a i n e d   f r o m   t h e   R T AB - M a p   c o n v er s i o n   w as   c o m p a r e d   w it h   t h e   m a p   p r o d u c e d   b y   t h e   G - M a p p i n g   S L A M  a l g o r i t h m ,   w h i c h   s e r v e d   a s   a   r e f e r e n c e  f o r   a s s es s i n g   m a p p i n g   q u a li ty   i n   t h e  n a v i g a ti o n   s y s te m .     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.   16 ,   No .   5 ,   Octo b e r   20 26 :   2 4 5 4 - 2 4 7 2   2458   Su b s eq u en tly ,   th e  n av i g atio n   s y s tem   was   test ed   o n   th e  r o b o t  u s in g   th e  APF  m eth o d   f o r   lo ca l  p ath   p lan n in g   an d   th e  b id i r ec tio n a l  R R T *   alg o r ith m   to   e v alu at e  th e  r o b o t’ s   m o v em en t  b etwe en   p o in ts   an d   its   ab ilit y   to   av o id   o b s tacle s   with in   th e  en v ir o n m e n t.     2 . 4 .   Ste er ing   co ntr o l sy s t em   Fig u r e  3   p r esen ts   th e  f lo wch ar t  o f   th e  ty p e - 2   FLC.  T h i s   s t u d y   a d o p t s   t h e   s a m e   s c e n a r i o   as  d e s c r i b e d   i n   [ 2 4 ] ,   w h e r e   t h e   i n p u t   m e m b e r s h i p   f u n c t i o n s   c o n s i s t  o f   t h e   e r r o r   a n d   c h a n g e   i n   e r r o r   ( d e l t a  e r r o r ) .   T h e   e r r o r   is   d e f i n e d   a s   t h e   d i f f e r e n c e   b e tw e e n   t h e  s et p o i n t   a n d   t h e   r e ad i n g   f r o m   t h e   s t e e r i n g   e n c o d e r   s e n s o r ,   w h il e   t h e  c h a n g e   i n   e r r o r   r e p r e s e n t s   t h e  d i f f e r e n c e   b e tw e e n   t h e  c u r r en t   e r r o r   a n d   t h e   p r e v i o u s   e r r o r .   T h e   o u t p u t   o f   t h e  f u z z y   c o n t r o l l e r   i s   t h e   p u l s e   wi d t h   m o d u l a t i o n   ( P W M )   s i g n a l,   w h i c h   d e t e r m i n e s   t h e   a c t u at io n   l e v e l   o f   t h e   D C   m o t o r .   T h e   b l o c k   d i a g r a m   o f   t h e   s t e e r i n g   c o n t r o l   s y s t e m   is   s h o w n   i n   F i g u r e   4 .             Fig u r e  3 .   Desig n   a n d   p r o g r am m in g   o f   th e  s teer in g   c o n tr o l sy s tem           F i g u r e   4 .   B l o c k   d ia g r a m   o f   t h e   s t e e r i n g   c o n t r o l   s y s t e m       T h e  in p u t  er r o r   an d   d elta - e r r o r   m em b er s h ip   f u n ctio n s   a r e   p r esen ted   in   T ab les  1   an d   2 .   Neg ativ e  v alu es  in d icate   th at   th e  ac tu al   an g le  is   in   t h e  o p p o s ite  d ir ec ti o n   to   th e  s etp o in t ,   wh ile  p o s itiv e  v alu es  in d icate   th at  th e  an g le  is   in   th e   s am e  d ir ec tio n   as  th e  s etp o i n t.  Me an wh ile,   th e  o u tp u t  m em b er s h ip   f u n ctio n   is   s h o w n   in   T ab le  3 .   I n   th is   s tu d y ,   s ev en   m em b er s h i p   f u n ctio n s   ar e  u s ed   b ec au s e  th ey   p r o v id e   g r ea ter   r o b u s tn ess   co m p ar ed   with   co n f ig u r atio n s   u s in g   th r ee   o r   f iv e   m em b er s h i p   f u n ctio n s .   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:   2088 - 8 7 0 8         N a vig a tio n   a n d   s teerin g   co n tr o l o f a   s ervice  r o b o t u s in g   K in ec tv2   a n d   LiDAR   ( S u ci  Dw ija ya n ti )   2459   T ab le  1 .   Me m b er s h ip   f u n ctio n   o f   in p u t e r r o r   MF   I n t e r v a l   7   M e m b e r   5   M e m b e r   3   M e m b e r   N e g a t i v e   F a r   U p p e r   - 3 6 0   - 2 2 5   -   -   Lo w e r   - 3 6 0   - 2 8 0   -   -   N e g a t i v e   N o r m a l   U p p e r   - 3 3 5   - 2 4 0   - 95   - 3 6 0   - 1 2 5   - 3 6 0   0   Lo w e r   - 3 0 0   - 2 4 0   - 1 5 5   - 3 6 0   - 1 9 5   - 3 6 0   - 20   N e g a t i v e   C l o s e   U p p e r   - 2 2 5   - 1 2 0   0   - 3 4 0   - 1 8 0   0   -   Lo w e r   - 1 7 0   - 1 2 0   - 5   - 2 7 0   - 1 8 0   - 10   -   Ze r o   U p p e r   - 3 5   0   3 5   - 3 5   0   3 5   - 5 0   0   5 0   Lo w e r   - 2 0   0   2 0   - 2 0   0   2 0   - 3 0   0   3 0   P o si t i v e   C l o s e   U p p e r   0   1 2 0   2 2 5   0   1 8 0   3 4 0   -   Lo w e r   5   1 2 0   1 7 0   1 0   1 8 0   2 7 0   -   P o si t i v e   N o r ma l   U p p e r   9 5   2 4 0   3 3 5   1 2 5   3 6 0   0   3 6 0   Lo w e r   1 5 5   2 4 0   3 0 0   1 9 5   3 6 0   2 0   3 6 0   P o si t i v e   F a r   U p p e r   2 2 5   3 6 0   -   -   Lo w e r   2 8 0   3 6 0   -   -       T ab le  2 .   Me m b er s h ip   f u n ctio n   o f   in p u t d e - e r r o r   MF   I n t e r v a l   7   M e m b e r   5   M e m b e r   3   M e m b e r   N e g a t i v e   F a r   D e - e r r o r   U p p e r   - 20  - 12   -   -   Lo w e r   - 20  - 15   -   -   N e g a t i v e   N o r m a l   D e - e r r o r   U p p e r   - 18  - 1 2   - 7   - 20  - 8   - 2 0   0   Lo w e r   - 16  - 1 2   - 9   - 20  - 12   - 20  - 2   N e g a t i v e   C l o s e   D e - e r r o r   U p p e r   - 12  - 6   0   - 18  - 1 0   - 1   -   Lo w e r   - 10  - 6  - 1   - 14  - 1 0   - 1   -   Ze r o   D e - e r r o r   U p p e r   - 3   0   3   - 3   0   3   - 5   0   5   Lo w e r   - 2   0   2   - 2   0   2   - 3   0   3   P o si t i v e   C l o s e   D e - e r r o r   U p p e r   0   6   1 2   0   1 0   1 8   -   Lo w e r   1   6   1 0   1   1 0   1 4   -   P o si t i v e   N o r ma l   D e - e r r o r   U p p e r   7   1 2   1 8   8   2 0   0   2 0   Lo w e r   9   1 2   1 6   1 2   2 0   2   2 0   P o si t i v e   F a r   D e - e r r o r   U p p e r   1 2   2 0   -   -   Lo w e r   1 5   2 0   -   -       T ab le  3 .   Me m b er s h ip   f u n ctio n   o f   o u tp u t   MF   P W M   V a l u e   R e mar k s   N e g a t i v e   F a s t   - 1 9 0   Le f t   d i r e c t i o n   N e g a t i v e   M e d i u m   - 1 8 5   N e g a t i v e   S l o w   - 1 7 0   N e g a t i v e   V e r y   S l o w   - 1 2 0   S t o p   0   S TO P   P o si t i v e   V e r y   S l o w   1 2 0   R i g h t   d i r e c t i o n   P o si t i v e   S l o w   1 7 0   P o si t i v e   M e d i u m   1 8 5   P o si t i v e   F a st   1 9 0       3.   RE SU L T S AN D  D I SCU SS I O N    3 . 1 .     M a pp ing   T h e   m a p p i n g   p e r f o r m a n c e   o f   S L A M   a l g o r it h m s ,   i n c l u d i n g   H e c t o r   S L AM ,   G - M a p p i n g   SL A M ,   a n d   K a r t o   S L A M ,   wa s   e v a l u at e d   u s i n g   G a z e b o   a s   a   s i m u l a t i o n   en v i r o n m e n t   p r i o r   t o   r e a l - t i m e   i m p l e m e n t a t i o n .   T h e  s i m u l at i o n   w a s   c o n d u c t e d   i n   a   v i r t u a l   e n v i r o n m e n t   t o   a s s ess   al g o r i t h m   p e r f o r m a n c e   u n d e r   c o n t r o l l e d   c o n d i t i o n s .   T h e   n e x t   s te p   i n v o l v e d   i n t e g r at i o n   w i t h   a   u n i f i e d   r o b o t   d es c r i p t i o n   f o r m a t   ( UR DF )   f i le ,   w h i c h   w as   g e n e r a t e d   f r o m   t h e   S o l i d W o r k s   m o d e l   o f   t h e   s e r v i c e   r o b o t .   T h e   U R D F   m o d e l   w a s   d e r i v e d   f r o m   t h e   C A D   d e s i g n   u s e d   i n   t h e   s i m u la t i o n   a n d   a u g m e n t e d   w i t h   p h y s i ca l   p r o p e r t i es   s u c h   as   i n e r t ia ,   c o l li s i o n ,   a n d   v is u a l   at t r i b u t es .   T h e  UR DF  is   an   ex ten s ib le  m ar k u p   lan g u a g e  ( XM L )   f ile  u s ed   in   R OS  to   d escr ib e   th e  s tr u ctu r e  an d   p h y s ical  p r o p er ties   o f   a  r o b o t.  I n   th is   s tu d y ,   o n ly   t h e  b ase  s tr u ctu r e,   s en s o r s ,   an d   d r iv e   wh e els  wer e  co n v e r ted   in to   th e  UR DF  m o d el.   T h e  im p lem en tatio n   was  ca r r ied   o u t  in   Gaz eb o   an d   R Viz,   wh er e  th e  r o b o t  was  m o d eled   with   d im en s io n s   c o n s is ten t  with   th e  3 D  d esig n   cr ea te d   in   So lid W o r k s .   I n   th e   s im u latio n   en v ir o n m en t,  ac cu r ate  m ap p i n g   th at  r ef lects  r ea l - wo r ld   c o n d itio n s   is   ess en tial  f o r   r ep r esen tin g   th e  r o b o t’ s   o p er atin g   s p ac e.   T h is   m ap p i n g   is   d e f in ed   u s in g   f iles   with   th e  “ . w o r ld ”  ex ten s io n .   A n   en v i r o n m e n t  was  cr ea ted   to   r ep licate  th e  d im en s io n s   an d   o b ject  lay o u t  o f   t h e   C o n tr o l  an d   R o b o tics   L ab o r a to r y   at  Un iv er s itas   Sriwijay a.   T h e  test in g   lay o u t  ca n   b e   s ee n   i n   Fig u r e  5 .   Fig u r e  5 ( a )   s h o ws  th e  la y o u t   o f   th e  test   en v ir o n m en t,   wh ile  Fig u r e  5 ( b )   p r esen ts   th e  m ap   cr ea tio n   p r o ce s s ,   wh ich   g en er ated   a  f ile  with   th e  “ la b 3 d . w o r ld ”  ex ten s io n .   T ab les 4 ,   5 ,   a n d   6   s u m m ar ize  t h e  co n f i g u r atio n s   o f   th e  t h r ee   alg o r ith m s ,   r esp ec tiv ely .   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.   16 ,   No .   5 ,   Octo b e r   20 26 :   2 4 5 4 - 2 4 7 2   2460       ( a)   ( b)     Fig u r e  5 .   T h e  test in g   lay o u t:  ( a)   r o o m   lay o u t f o r   test in g   an d   ( b )   lab o r ato r y   test in g   en v ir o n m en t       T ab le  4 .   C o n f i g u r atio n   f o r   He cto r   SLAM   P a r a me t e r   V a l u e   U n i t   M a p   r e s o l u t i o n   0 . 0 5   M e t e r / c e l l   U p d a t e   f a c t o r   f r e e   0 . 4   U n i t l e ss   U p d a t e   f a c t o r   o c c u p i e d   0 . 9   U n i t l e ss   M a p   u p d a t e   d i st a n c e   t h r e s h o l d   0 . 4   M e t e r   M a p   u p d a t e   a n g l e   t h r e s h o l d   0 . 0 6   D e g r e e   M a p   m u l t i r e so l u t i o n   l e v e l   2   Le v e l   La ser  z   m i n   v a l u e   − 1 . 0   M e t e r   La ser  z   m a x   v a l u e   1 . 0   M e t e r   M a p   s i z e   1 0 2 4   M e t e r         T ab le  5 .   C o n f ig u r atio n   f o r   G - Ma p p in g   SLAM   P a r a me t e r   V a l u e   U n i t   M a p   u p d a t e   i n t e r v a l   5 . 0   S e c o n d   M a x i m u m   u p d a t e   r a n g e   1 6 . 0   M e t e r   I t e r a t i o n s   5   N u mb e r   S e n s o r   n o i se  s i g ma   0 . 0 5   M e t e r   Li n e a r   u p d a t e   1 . 0   M e t e r   A n g u l a r   u p d a t e   0 . 5   R a d i a n   Li n e a r   s i g ma   0 . 0 7 5   M e t e r   O p t i mi z a t i o n   g a i n   3 . 0   U n i t l e ss   S i g m a   r o t a t i o n   t o   r o t a t i o n   0 . 1   R a d i a n   S i g m a   r o t a t i o n   t o   t r a n sl a t i o n   0 . 2   M e t e r   S i g m a   t r a n s l a t i o n   t o   r o t a t i o n   0 . 1   R a d i a n   S i g m a   t r a n s l a t i o n   t o   t r a n sl a t i o n   0 . 2   M e t e r   La ser s k i p   0   U n i t l e ss   P a r t i c l e s   30   N u mb e r   M a p   r e s o l u t i o n   0 . 0 5   M e t e r   Tr a n s l a t i o n a l   sam p l i n g   r a n g e   0 . 0 0 5   N u meri c   M a t c h i n g   k e r n e l   si z e   1   G r i d   c e l l   Li n e a r   s t e p   0 . 0 5   M e t e r   A n g u l a r   st e p   0 . 0 5   R a d i a n   Te mp o r a l   u p d a t e   3 . 0   S e c o n d   R e sa mp l i n g   t h r e s h o l d   0 . 5   U n i t l e ss   P a r t i c l e s   30   U n i t l e ss   X   mi n ,   X   m a x   − 5 0 . 0 , 5 0 . 0   M e t e r   Y   mi n ,   Y   m a x   − 5 0 . 0 , 5 0 . 0   M e t e r   Li n e a r   l a s e r   sam p l e   s t e p   0 . 0 1   M e t e r   Li n e a r   l a s e r   sam p l e   r a n g e   0 . 0 1   M e t e r   A n g u l a r   l a ser s a m p l e   r a n g e   0 . 0 0 5   R a d i a n   A n g u l a r   l a ser s a m p l e   st e p   0 . 0 0 5   R a d i a 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:   2088 - 8 7 0 8         N a vig a tio n   a n d   s teerin g   co n tr o l o f a   s ervice  r o b o t u s in g   K in ec tv2   a n d   LiDAR   ( S u ci  Dw ija ya n ti )   2461   T ab le  6 .   C o n f ig u r atio n   f o r   Kar to   SLAM   P a r a me t e r   V a l u e   U n i t   M i n i m u m   t r a v e l   d i s t a n c e   0 . 1 2   M e t e r   M i n i m u m   t r a v e l   h e a d i n g   0 . 1 7 4   D e g r e e   M i n i m u m   t i me  i n t e r v a l   0 . 5     S c a n   b u f f e r   s i z e   70   U n i t l e ss   S c a n   b u f f e r   m a x i m u m s c a n   d i s t a n c e   1 0 . 0   M e t e r   Li n k   mat c h   mi n i mu m res p o n s e   f i n e   0 . 1 2   U n i t l e ss   Lo o p   sea r c h   ma x i m u m   d i st a n c e   1 0 . 0   M e t e r       T h e  m ea n   s q u ar e d   er r o r   ( MSE )   an d   F1 - s co r e   wer e  u s ed   to   ev alu ate  t h e  p e r f o r m an ce   o f   th e  th r ee   alg o r ith m s .   T h e  MSE   was  ca lcu lated   as  th e   av e r ag e   s q u ar ed   d if f e r en ce   b etwe en   c o r r esp o n d in g   p o in ts   in   two - p o in t   clo u d s ,   n am ely   th e   g en e r ated   m a p   an d   t h e  r e f er en ce   m ap .   T h e  F1 - s co r e  was  u s ed   as  an   ac cu r ac y   m etr ic   b y   co m p ar in g   th e   g en er ate d   m ap   with   th e   r ef er e n ce   m a p   i n   a  m a n n er   an alo g o u s   to   im ag e  class if icatio n .   Ma p   q u ality   was  ass ess ed   u s in g   th r ee   m etr ics  d er iv ed   f r o m   p o in t  clo u d   c o m p a r is o n s :  p r ec is io n ,   r ec all,   a n d   F1 - s co r e.   Pre cisi o n   m ea s u r es  th e  p r o p o r tio n   o f   p r ed icted   p o s itiv e  p o in ts   th at  a r e  co r r ec tly   id en tifie d   in   th e   m ap ,   wh er ea s   r ec all  m ea s u r es  th e  p r o p o r tio n   o f   ac tu al  p o s itiv e  p o in ts   th at  ar e  co r r ec tly   d ete cted .   T h e  F1 - s co r e   co m b in es p r ec is io n   a n d   r ec all  in to   a  s in g le  m etr ic,   p r o v i d in g   an   o v e r all  m ea s u r e  o f   p er f o r m an ce .   T ab le  7   s h o ws th at  G - Ma p p in g   SLAM   ac h iev ed   th e  b est o v er all  p er f o r m a n ce   in   g en er atin g   2 D  m ap s   co m p ar ed   with   th e  o th er   e v al u ated   alg o r ith m s .   T h is   p e r f o r m an ce   is   r ef lecte d   b y   t h e  lo west  MSE   v alu e  o f   0 . 2 6 ,   i n d icatin g   th at  th e  g en e r ated   m ap   clo s ely   m atch es  th e  r ef er en ce   en v ir o n m en t.  Ho wev er ,   th e  o b tain e d   F1 - s co r e  ( 0 . 1 7 1 4 ) ,   r ec all  ( 0 . 0 4 6 7 ) ,   a n d   p r ec is io n   ( 0 . 0 7 3 4 )   ar e  r elativ ely   lo w.   Nev er th ele s s ,   th ese  v alu es  ar e   s till   b etter   th an   th o s e  o f   H ec to r   SLAM   a n d   Kar to   SL AM .   T h ese  lo w   v alu es   ar e   m ain ly   ca u s ed   b y   en v ir o n m en tal  co m p lex ity ,   s e n s o r   n o is e,   o d o m etr y   d r if t,  a n d   m is m atch es  b etwe en   th e  g e n er ated   o cc u p an c y   g r id   an d   th e  g r o u n d - tr u th   m a p ,   wh ich   a f f ec t  th e  d etec tio n   o f   o cc u p ied   a n d   f r ee   ce lls   d u r in g   ev al u atio n .   I n   p ar ticu lar ,   th e  l o w  r ec all  v al u e  in d icate s   th at  s o m e  en v ir o n m en tal  f ea tu r es  wer e  n o t  s u cc ess f u lly   m ap p ed ,   wh ile  th e  lo w  p r ec is io n   v al u e  s u g g ests   th e  p r esen ce   o f   in co r r ec tly   id en tifie d   m ap   r eg io n s   ca u s ed   b y   ac cu m u lated   lo ca lizatio n   a n d   s ca n n in g   er r o r s .   C o n s eq u e n tly ,   th e  F1 - s co r e  also   r em ai n s   lo w  b ec au s e  it  d ep en d s   o n   th e  b alan ce   b etwe en   p r ec is io n   a n d   r ec all.       T ab le  7 .   MSE   an d   F1 - s co r e  f o r   th e  SLAM   Alg o r ith m s   A l g o r i t h m   M S E   F1 - sc o r e   R e c a l l   P r e c i s i o n   H e c t o r   S LA M   0 . 3 1   0 . 1 2 4 4   0 . 0 3 1 2   0 . 0 4 9 8   G - M a p p i n g   S LA M   0 . 2 6   0 . 1 7 1 4   0 . 0 4 6 7   0 . 0 7 3 4   K a r t o   S LA M   0 . 3 0   0 . 1 4 8 0   0 . 0 4 1 0   0 . 0 6 4 2       Desp ite  th ese  lim itatio n s ,   G - Ma p p in g   SLAM   s till   o u tp er f o r m ed   th e  o th er   two   al g o r ith m s   d u e  to   th e   im p lem en tatio n   o f   t h e  R ao – B lack wellize d   p ar ticle  f ilter ,   wh ich   ef f ec tiv ely   h a n d les  u n ce r tain ty   in   o d o m etr y   an d   m o tio n   d ata,   ad ap ts   to   u n s tr u ctu r ed   o r   asy m m etr ic  en v ir o n m en ts ,   an d   p r o d u ce s   m o r e  ac cu r ate  two - d im en s io n al  m ap s .   I n   ad d itio n ,   th e  ad ap tiv e  p ar ticle  r esam p l in g   p r o ce s s   h elp s   r ed u ce   co m p u tatio n al  lo ad   an d   im p r o v es o v e r all  ef f icien cy ,   r esu ltin g   in   a  b etter   s u cc ess   r at e  an d   s tab le  co m p u tatio n   tim e  d u r in g   th e  m a p p in g   p r o ce s s .   T h ese  r esu lts   d em o n s tr ate  th at,   u n d e r   r ea l - w o r ld   c o n d itio n s ,   th e  in teg r atio n   o f   L iDA R   A3   an d   Kin ec t  v 2   with   th e  G - Ma p p in g   SLAM   alg o r ith m   im p r o v es  m ap p in g   ac c u r ac y .   A  r ea l - tim e  ap p ea r an ce - b ased   m ap p in g   ( R T AB - Ma p )   SLAM   alg o r ith m   is   em p l o y ed   f o r   r ea l - tim e  3 D  m ap p in g   b y   p r o ce s s in g   R GB - D  an d   L aser Scan   d ata.   T h e   r esu ltin g   3 D  m ap s   ar e   ex p o r ted   as  2 D  m ap   f iles   ( . p g m   an d   . ya ml ) ,   w h ich   ar e  c o m p atib le   with   n av ig atio n   p r o ce s s es  s im ilar   to   th o s e  u s ed   i n   G - M ap p in g   SLAM .   R T AB - Ma p   also   en h an ce s   d ata  ac q u is itio n ,   ev alu atio n ,   an d   p r ec is e  2 D  n av ig atio n .   Un d er   r ea l - wo r ld   c o n d itio n s ,   m ap p in g   is   p er f o r m ed   u s in g   b o th   G - Ma p p in g   SLAM   an d   R T AB - Ma p ,   lev er ag in g   d ata  f r o m   L iDAR   A3   an d   Kin ec t  v 2 .   L iDAR   A 3   p r o v id es  d is tan ce   m ea s u r em en ts   o f   s u r r o u n d in g   o b jects,  wh ich   ar e   p r o c ess ed   in to   laser   s ca n   d ata  a n d   c o m b i n ed   with   o d o m etr y   to   im p r o v e   th e  ac cu r ac y   o f   th e   r o b o t’ s   p o s itio n   a n d   o r ien tatio n   esti m ates,  en s u r in g   co n s is ten cy   with   p r ev io u s ly   co n s tr u ct ed   m ap s .   Kin ec t   v 2   s er v es  as  a   co m p lem en tar y   s en s o r   f o r   d etec tin g   o b jects  b ey o n d   th e  L iDAR   r an g e,   p r o d u cin g   d e p th   p o in t   clo u d   d ata  th at  u n d er g o   g r o u n d   r em o v al  an d   v o x el  f ilter in g   to   im p r o v e  m ap p in g   ef f icie n cy   an d   ac cu r ac y .   Data   f r o m   b o t h   s en s o r s   ar e  tem p o r ally   an d   s p atially   s y n ch r o n ized   to   g e n er ate  p r ec is e  m a p s .   Fo llo win g   d ata   f u s io n ,   s ca n   m atch in g   is   p er f o r m ed   to   v e r if y   co n s is ten cy   b etwe en   s en s o r   m ea s u r em e n ts   an d   th e   co n s tr u cte d   m ap .   T h e  r esu ltin g   m ap s   ar e  s to r ed   u s in g   R T AB - Ma p   v ia  th e  R T A B - Ma p   R O S  p ac k ag e  in   . d b   f o r m at,   wh ile  3 D  v is u aliza tio n s   ar e  r en d er ed   in   R Viz  u s in g   p cl_ r o s   an d   s a v ed   in   b o th   . d b   a n d   . b a g   f o r m ats.   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.   16 ,   No .   5 ,   Octo b e r   20 26 :   2 4 5 4 - 2 4 7 2   2462   Du r in g   m ap p i n g ,   th e  r o b o t   was  m an u ally   co n tr o lled   u s in g   a  teleo p er atio n   k ey b o ar d ,   wh ich   f u n ctio n e d   as   a  R OS  n o d e  f o r   ter m in al - b ased   o p e r atio n .   T h e  r o b o t   was  o p er ated   at  l in ea r   an d   a n g u la r   v elo cities  o f   0 . 1 5   m /s   an d   0 . 0 9   r ad /s ,   r esp ec tiv ely ,   s elec ted   to   en s u r e  s tab le  m o tio n   an d   m in im ize  m ap   d is to r tio n .   T ab les  8   an d   9   s u m m ar ize  th e  p ar am eter s   u s ed   f o r   r ea l - tim e  test in g   o f   t h e  G - M ap p in g   SLAM   an d   R T AB - Ma p   alg o r ith m s ,   r esp ec tiv ely .       T ab le  8 .   G - Ma p p in g   SLAM   f o r   r ea l - tim e  test in g   P a r a me t e r   V a l u e   U n i t   M a p   u p d a t e   i n t e r v a l   5 . 0   S e c o n d   M a x i m u m   u p d a t e   r a n g e   1 6 . 0   M e t e r   I t e r a t i o n s   5   N u mb e r   S e n s o r   n o i se  s i g ma   0 . 0 5   M e t e r   Li n e a r   u p d a t e   1 . 0   M e t e r   A n g u l a r   u p d a t e   0 . 5   R a d i a n   Li n e a r   s i g ma   0 . 0 7 5   M e t e r   O p t i mi z a t i o n   g a i n   3 . 0   U n i t l e ss   S i g m a   r o t a t i o n   t o   r o t a t i o n   0 . 1   R a d i a n   S i g m a   r o t a t i o n   t o   t r a n sl a t i o n   0 . 2   M e t e r   S i g m a   t r a n s l a t i o n   t o   r o t a t i o n   0 . 1   R a d i a n   S i g m a   t r a n s l a t i o n   t o   t r a n sl a t i o n   0 . 2   M e t e r   La ser s k i p   0   U n i t l e ss   P a r t i c l e s   30   N u mb e r   M a p   r e s o l u t i o n   0 . 0 5   M e t e r   Tr a n s l a t i o n a l   sam p l i n g   r a n g e   0 . 0 0 5   N u meri c   M a t c h i n g   k e r n e l   si z e   1   G r i d   c e l l   Li n e a r   s t e p   0 . 0 5   M e t e r   A n g u l a r   st e p   0 . 0 5   R a d i a n   Te mp o r a l   u p d a t e   3 . 0   S e c o n d   R e sa mp l i n g   t h r e s h o l d   0 . 5   U n i t l e ss   P a r t i c l e s   30   U n i t l e ss   X   mi n ,   X   m a x   − 5 0 . 0 , 5 0 . 0   M e t e r   Y   mi n ,   Y   m a x   − 5 0 . 0 , 5 0 . 0   M e t e r   Li n e a r   l a s e r   sam p l e   s t e p   0 . 0 1   M e t e r   Li n e a r   l a s e r   sam p l e   r a n g e   0 . 0 1   M e t e r   A n g u l a r   l a ser s a m p l e   r a n g e   0 . 0 0 5   R a d i a n   A n g u l a r   l a ser s a m p l e   st e p   0 . 0 0 5   R a d i a n       T ab le  9 .   G - Ma p p in g   SLAM   f o r   r ea l - tim e  test in g   P a r a me t e r   V a l u e   U n i t   su b s c r i b e _ d e p t h   Tr u e   -   q u e u e _ si z e   30   -   G r i d / R a n g e M a x   5   M e t e r   G r i d / 3 D   Tr u e   -   R t a b m a p / P u b l i s h O c c u p a n c y G r i d   Tr u e   -   G r i d / F r o mD e p t h   Tr u e   -   a p p r o x _ sy n c   Tr u e   -   R G B D / N e i g h b o r Li n k R e f i n i n g   Tr u e   -   R G B D / P r o x i mi t y B y S p a c e   Tr u e   -   R G B D / P r o x i mi t y P a t h M a x N e i g h b o r s   10   N o d e   R G B D / O p t i mi z e F r o mG r a p h E n d   F a l se   -   R e g / S t r a t e g y   1   -   V i s/ M i n I n l i e r s   12   I n l i e r s   R G B D / O p t i mi z e M a x Er r o r   4   M e t e r   R e g / F o r c e 3 D o F   Tr u e   -   M e m / S T M S i z e   30   N o d e   R G B D / Lo c a l R a d i u s   5   M e t e r   I c p / P M   F a l se   -   I c p / P o i n t To P l a n e   F a l se   -   I c p / M a x C o r r e s p o n d e n c e D i s t a n c e   0 . 1 5   M e t e r   I c p / V o x e l S i z e   0 . 0 5   M e t e r   C l o u d / V o x e l S i z e   0 . 0 5   M e t e r   su b s c r i b e _ sc a n   S c a n   -   C l o u d / En a b l e d   Tr u e   -   C l o u d / A ss e m b l i n g   Tr u e   -   C l o u d / F r o mD e p t h   Tr u e   -   C l o u d / V o x e l S i z e   Tr u e   -       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:   2088 - 8 7 0 8         N a vig a tio n   a n d   s teerin g   co n tr o l o f a   s ervice  r o b o t u s in g   K in ec tv2   a n d   LiDAR   ( S u ci  Dw ija ya n ti )   2463   Fig u r e  6   s h o ws  th e  r ea l - tim e   m ap p in g   p r o ce s s   u s in g   R v iz  an d   R T AB - Ma p .   Fig u r e  7   p r esen ts   th e  s tatic  R T AB - Ma p ,   illu s tr atin g   p r o ce s s   tim e  m etr ics  f o r   d ec o m p r ess io n   an d   g r id   cr ea ti o n ,   b o t h   o f   wh ich   d em o n s tr ate  ef f icien t  p er f o r m an ce .   Dec o m p r ess io n   r e m ain s   s tab le,   wh ile  th e  g r id   m ap   c r ea tio n   tim e   d ec r ea s es  as  s en s o r   d ata  ac cu m u late,   in d icatin g   im p r o v ed   s y s tem   o p tim izatio n .   T h e  m ap p in g   p r o ce s s   in clu d es  o b ject  d etec tio n ,   o b s tacle   r ec o g n itio n ,   a n d   r o o m   lay o u t  r ec o n s tr u ctio n ,   ac cu r ately   r ef lectin g   th e   co n d itio n s   o f   th e  C o n tr o l  an d   R o b o tics   L ab o r ato r y   u s in g   L iDAR   A3   an d   Kin ec t  v 2 .   T h e  g r ap h   class if ies  p o in ts   in to   to tal,   em p ty ,   o b s tacle ,   an d   g r o u n d   ca te g o r ies,   as  s h o wn   in   Fig u r e  8 .   I n iti al  f lu ctu atio n s   ar e   ex p ec ted   d u r in g   t h e  m ap p i n g   o f   n ew  ar ea s ;  h o wev e r ,   p o in t  co u n ts   s tab ilize  af ter   s ev er al  h u n d r ed   s en s o r   r ea d in g s ,   in d icatin g   th at  th e  g en er ated   m ap   r eliab ly   r e p r esen ts   th e  r ea l  en v ir o n m en t.  Fig u r es  9   an d   1 0   p r esen t   th e  r esu ltin g   2 D  an d   3 D  m ap s ,   as  well   as  r ea l - tim e  m ap   g en er atio n   u s in g   th e  G - Ma p p in g   SLAM   an d   R T A B - Ma p   alg o r ith m s ,   r esp ec tiv ely .   Fig u r e  9 ( a)   s h o ws  th e  ex p o r te d   m ap   co n v er te d   f r o m   3 D  to   2 D  f o r   th e  C o s tm ap   in   m o v e_ b ase  n av ig atio n ,   wh i le  th e  r esu ltin g   3 D   m ap   is   s h o wn   in   Fig u r e  9 ( b ) .   T h e  r esu lts   d em o n s tr ate  h ig h   ac cu r ac y   in   3 D  o b ject  r ep r ese n tatio n .       Rv iz   RT A B - M a p   Rea l Ti m e                                                     Fig u r e  6 .   R o b o t m o v e m en t d u r in g   r ea l - tim e  m ap   cr ea tio n     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.