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.  14 No .   4 ,   Dec em b er   2 0 2 5 ,   p p .   31 1 ~ 3 1 9   I SS N:  2722 - 2 5 8 6 DOI 1 0 . 1 1 5 9 1 /i jr a . v 14 i 4 . pp 31 1 - 319           311       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij r a . ia esco r e. co m   M o bile robo repl a cement  in  multi - ro bo fault - tolera nt  forma tion       Ahm ed  M .   E l s a y ed 1 ,   M o ha m ed  E ls ha la k a ni 2 ,   Sh er if   A li   H a mm a d 2 ,   Sh a dy   Ahm ed   M a g ed 2   1 M e c h a t r o n i c s   E n g i n e e r i n g   D e p a r t me n t ,   H i g h e r   T e c h n o l o g i c a l   I n st i t u t e ,   T e n t h   o f   R a ma d a n   C i t y ,   A l - S h a r q i a ,   Eg y p t   2 M e c h a t r o n i c s   E n g i n e e r i n g   D e p a r t me n t ,   F a c u l t y   o f   E n g i n e e r i n g ,   A i n   S h a m s Un i v e r s i t y ,   C a i r o ,   E g y p t       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Ap r   1 9 ,   2 0 2 5   R ev is ed   J u l 2 1 ,   2 0 2 5   Acc ep ted   Au g   2 6 ,   2 0 2 5       F o rm a ti o n   c o n tro in   m u lt i - r o b o sy ste m (M RS is  e ss e n ti a fo r   c o ll a b o ra ti v e   tran sp o rt,   e n v iro n m e n tal  su rv e il lan c e ,   m a teria h a n d li n g ,   a n d   d istri b u ted   m o n it o r in g .   m a jo c h a ll e n g e   in   M RS   is  m a in tain i n g   p re d e fin e d   fo rm a ti o n s   o c o o p e ra ti v e   tas k   e x e c u ti o n   wh e n   in d i v id u a r o b o ts  e x p e rien c e   o p e ra ti o n a fa u lt s,   p o ten ti a ll y   is o latin g   t h e m   fro m   th e   g ro u p .   I n   m issio n - c rit ica sc e n a rio s,  p re se rv in g   t h e   n u m b e o o p e ra ti o n a l   ro b o ts   is  c ru c ial  fo r   tas k   su c c e ss .   To   a d d re ss   th is ,   we   p ro p o se   a   Ro b o Re p lac e m e n a p p ro a c fra m e wo rk   fo d iffere n ti a w h e e led   m o b i le  ro b o ts.   Th is  a p p r o a c h   iso late s   fa u lt y   r o b o ts  a n d   d y n a m ica ll y   re p lac e th e m   with   p re - d e p lo y e d   sp a re s,  e n su rin g   u n i n terru p ted   fo rm a ti o n   tas k s.   g ra p h    th e o ry - b a se d   f ra m e wo rk   m o d e ls  in ter - r o b o c o m m u n ica ti o n   a n d   f o rm a ti o n   to p o lo g y ,   e n a b li n g   d e c e n tralize d   c o o rd in a ti o n .   T h p r o p o s ed   tech n iq u es  wer im p lem en ted   in   MA T L AB / Simu lin k   s im u latio n   en v ir o n m en t.  T h e   s im u lated   r o b o ts   ar e   eq u i p p ed   with   L iD AR ,   an   in e rti a l   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 rs  fo n a v ig a ti o n .   S imu latio n   re su lt d e m o n stra te  th a th e   fra m e wo rk   su c c e ss fu ll y   m a in tain th e   targ e f o rm a ti o n   a n d   tas k   c o n ti n u it y   d u ri n g   ro b o t   fa il u re b y   d y n a m ic a ll y   i n teg ra ti n g   re p lac e m e n ts  wit h   m in ima d isru p ti o n .   K ey w o r d s :   Gr ap h   th eo r y   L id ar   f au lts   Mu lti - r o b o t sy s tem   R o b o r ep lace m en t   Sen o r   f au lts   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 :   Ah m ed   M.   E ls ay ed   Me ch atr o n ics E n g i n ee r in g   De p ar tm en t,  Hig h e r   T ec h n o lo g ic al  I n s titu te   T en th   o f   R am ad an   C ity ,   Al - Sh ar q ia,   E g y p t   E m ail: a . m . elsay ed 1 3 9 @ g m ail. co m       1.   I NT RO D UCT I O N   Mu lti - m o b ile  r o b o s y s tem s   ar em p lo y e d   ac r o s s   wid r an g o f   ap p licatio n s ,   wh er e   f o r m atio n   co n tr o p lay s   cr u cial  r o le  in   ex ec u tin g   task s   s u ch   as  s u r v eillan ce ,   m ater ial  tr an s p o r t,  an d   s im ilar   o p er atio n s .   E ac h   r o b o in   s u ch   a   s y s tem   d ep en d s   o n   c o m b in atio n   o f   s en s o r s in clu d in g   wh e el  en co d er s ,   in e r tial  m ea s u r em en u n it s   ( I MU ) ,   L i DAR,  GP S,  an d   ca m er as  f o r   a cc u r ate  lo ca lizatio n   an d   n av i g atio n .   T h s elec tio n   o f   th ese  s en s o r s   is   in f lu en ce d   b y   th r o b o t’ s   lo c o m o tio n   m et h o d   an d   th o p er atio n al  en v ir o n m en t.  T o   en h a n ce   p er ce p tio n ,   s en s o r   f u s io n   tec h n iq u es  ar u s ed   to   co m b in e   d ata  f r o m   m u ltip le  s en s o r s ,   p r o v id i n g   u n if ie d   u n d er s tan d i n g   o f   th r o b o t’ s   s tate  an d   s u r r o u n d in g s   [ 1 ] .   Ho w ev er ,   th o cc u r r e n ce   o f   f au lts   in   an y   r o b o t w ith in   th s y s tem   ca n   jeo p ar d ize  th e   s u cc ess f u co m p letio n   o f   th e   ass ig n ed   task .   Fo r   ex am p le,   i n   team   o f   m o b ile   m an ip u lato r   r o b o ts   h an d lin g   o b jects,  s in g le  r o b o m alf u n ctio n   co u l d   lead   to   m is s io n   f ailu r [ 2 ] .   Fau lts   m a y   ar is in   ac tu ato r s ,   s en s o r s ,   o r   o th er   c o m p o n en ts ,   u n d er s c o r in g   th n ee d   f o r   r eliab le  a ctu ato r   an d   s en s o r   s y s tem s   to   en s u r s ea m less   o p er atio n .   T o   ad d r ess   th ese  ch all en g es,  f au lt - to ler a n co o p er ati v co n tr o ( FTCC )   h as  b ee n   d ev el o p ed   as  an   ap p r o ac h   to   d esig n   a d ap tiv e   co n tr o ller s   th at  s u s tain   s y s tem   p er f o r m an ce   with in   ac ce p tab le  lim its ,   ev en   wh en   f au lts   o cc u r .   Var io u s   FTCC   m eth o d o l o g ies  an d   em e r g in g   tr en d s   h av b ee n   ex p lo r ed   b y   [ 3 ]   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 7 2 2 - 2 5 8 6   I AE S I n t J Ro b   &   Au to m ,   Vo l .   1 4 ,   No .   4 ,   Dec em b er   2 0 2 5 :   31 1 - 3 1 9   312   f au lt - to ler an c o n tr o l   s y s tem   m ay   a u to m atica lly   m ain tai n   s tab ilit y   an d   g iv ad e q u ate  p er f o r m an ce   ev en   wh en   c o m p o n en f ailu r e s   o cc u r .   Kh eir an d is h   et  a l.   [ 4 ]   r ev ea f au lt - to le r an s en s o r   f u s io n   m eth o d   f o r   m o b ile  r o b o lo ca lizatio n ,   u s in g   in p u f r o m   two   I MU   s en s o r s   an d   wh ee en co d er   to   p r ed ict  th r o b o t' s   p o s itio n ,   to g eth er   with   a   m u lti - m o d el   Kalm an   f ilter   f o r   f au lt   d etec tio n .   Similar ly ,   C h an g   e a l.   [ 5 ]   p r esen an   ad ap tiv d is tr ib u ted   f au lt - to le r an f o r m atio n   co n tr o ( FTFC )   f o r   m u lti - r o b o s y s tem s   d ea lin g   with   ac tu ato r   f au lts .   An o th er   ap p r o ac h ,   r e p o r ted   in   [ 6 ] ,   lev e r ag es  n o n lin ea r   m o d el  p r ed ictiv c o n tr o ller   ( NM PC )   to   ex p lo it  th ac tu atio n   r ed u n d a n cy   o f   o m n id ir ec tio n al  r o b o ts ,   g iv in g   r ea l - tim u n if ied   s o lu tio n   f o r   h an d lin g   d if f er en ac t u atio n   f au lt  s ce n ar io s .   E f f ec tiv f au lt  d etec tio n   an d   is o latio n   ( FDI )   ar cr i tical  f o r   d ec is io n - m ak in g   i n   f a u lt - to ler an s y s te m s .   Ab id   an d   Kh a n   [ 7 ]   in t r o d u ce d   a n   FDI   a p p r o ac h   b ased   o n   m u lti - s en s o r   f u s io n   an d   v alid ated   it  in   s im u lated   r o b o n av i g atio n   u n d er   v ar io u s   in f r a r ed   ( I R )   an d   ca m er f au lt  s itu atio n s .   Als o ,   Ab id   et  a l.   [ 8 ]   p r esen an   FDI   tech n iq u u s in g   m u lti - lev el  d ata  f u s io n   an d   b e h av io r al  a n aly s is ,   in teg r atin g   p r e - p r o ce s s in g ,   s en s o r   f u s io n ,   co n f lict  m o n ito r in g ,   co n f id en ce   lev el   co m p u tatio n ,   an d   f a u lt   is o latio n .   Fo r   h ar d war d ef ec t   d etec tio n ,   Z weig le   et  a l.   [ 9 ]   d ev elo p e d   a   cu s to m izab le   f r a m ewo r k   f o r   co n tex t   awa r en ess   in   m o b ile  r o b o ts ,   p r im ar ily   a d d r ess in g   h ar d war f au lt  d ia g n o s tics .   Ad d itio n a lly ,   C r estan i   et  a l.   [ 1 0 ]   ad d   f au lt   to ler an ce   in to   r ea l - tim r o b o co n tr o t o p o lo g ies,  em p lo y in g   s p ec if ic  s o f twar co m p o n e n ts   f o r   f au lt  d etec tio n   a n d   in teg r atin g   r esid u al - b ased   d iag n o s is   with   s ig n atu r an aly s is   to   i d en tify   p r o b lem atic   h ar d war o r   s o f twar e.     Fin ally ,   Do r an   et  a l.   [ 1 1 ]   o f f er   a n   au to n o m ic  f a u lt - h an d li n g   ar c h itectu r f o r   m o b ile   r o b o ts ,   p r o v e n   th r o u g h   ca s s tu d ies  in v o lv in g   wh ee l,  s o n a r ,   an d   b atter y   f ailu r es.  Fo r   th o v er all  m u lti - r o b o t   s y s tem   to   co m p lete  th ass ig n ed   task s ,   th s y s tem   n ee d s   to   b f au lt - f r ee   o r   ca p ab le  o f   ad a p tin g   to   f au lts   th at  m ay   o cc u r   in   an y   o f   th in d iv i d u al  ag en ts .   Ad d itio n al  s tu d ies,  s u ch   as  [1 2 ]   an d   [ 1 3 ]   p r esen t FT F C   ap p r o ac h es   f o r   m u lti - r o b o t sy s tem s   in   th p r esen ce   o f   ac t u ato r   f a u lts .   R eg ar d in g   th co n tex o f   f o r m atio n   co n tr o l,  v ar io u s   tech n i q u es  h av b ee n   d e v elo p e d   f o r   m u lti - r o b o f o r m atio n   c o n tr o l.  Oh   et  a l.   [ 1 4 ]   p r o v id c o m p r e h en s iv r ev iew  o f   f o r m atio n   co n tr o s tr ateg ies.  Al s o ,   R ec k er   et  a l.   [ 1 5 ]   c o n d u cted   co m p ar ativ s tu d y   o f   v ar io u s   ap p r o ac h es  to   f o r m atio n   co n t r o f o r   n o n h o lo n o m ic  m o b ile  r o b o ts   in   th co n te x o f   o b ject  tr an s p o r tatio n .   T h s tu d y   s p ec if ically   f o cu s es  o n   co m p ar in g   th lead e r - f o llo we r   f o r m atio n   co n tr o ap p r o ac h es,  in clu d in g   th e   ψ - co n tr o ller   an d   th C ar tesi an   r ef er en ce - b ased   co n tr o ller .   T h s tu d y   co n d u cte d   b y   R o y   et  a l.   [ 1 6 ]   p r o p o s ed   h ier ar ch ic al  co n tr o s tr ateg y   th at  en ab les  r o b o ts   to   m ain tai n   s tr o n g   in ter - a g en co h esiv en ess   wh ile  ad ap tin g   t h eir   f o r m atio n   in   r esp o n s t o   d y n am ic  en v ir o n m e n tal  ch an g es.  T h is   ap p r o ac h   en s u r es  th at  th s y s tem   ca n   ef f ec tiv ely   n av ig ate  to war d   th e   tar g et.   I n   ad d itio n   to   f o r m atio n   co n tr o s tr ateg ies,  Wu   et  a l.   [ 1 7 ]   p r o p o s ed   d is tr ib u ted   f o r m atio n   co n tr o law  b ased   o n   th e   co m p le x   L a p lacia n   m atr ix .   T h is   ap p r o ac h   e n ab les  g r o u p   o f   m o b ile  r o b o ts   to   ac h iev th e   d esire d   f o r m atio n   at  s p ec if ied   s p ee d   wh ile  en s u r in g   th c o n s is ten t r ea lizatio n   o f   s im ilar   f o r m atio n s   in   m u lti - r o b o t   s y s tem s   b y   u tili zin g   t h r elativ p o s itio n s   o f   two   d esig n ated   lead er s .   L iDAR - b ased   lo ca lizatio n   f o r   f o r m atio n   co n tr o in   m u lti - r o b o s y s tem s   wa s   p r o p o s ed   b y   R ec k er   et  a l.  [ 1 8 ] .   T h is   ap p r o ac h   co m p u tes  th e   r elativ p o s itio n s   an d   v elo cities  o f   r o b o ts   d ir ec tly   f r o m   L i DAR  d ata.   Ad d itio n ally ,   th a u th o r s   d e v elo p e d   a n   alg o r ith m   th at  u tili ze s   L iDAR   d ata  to   d etec th e   o u tlin es  o f   in d iv id u al  r o b o ts .   f o r m atio n   co n tr o ap p r o ac h   b ased   o n   m ac h in lear n i n g   wa s   p r esen ted   b y   R awa t   an d   Kar l ap alem   [ 1 9 ] .   T h is   s tu d y   i n tr o d u ce d   m u lti - a g en t   r ein f o r ce m e n lear n in g   m o d el  to   d esig n   c o n tr o l   p o licy   th at   en ab les  r o b o ts   t o   m ai n tain   a   r eq u ir ed   f o r m atio n   wh ile  m o v in g   to war d   d esire d   g o al.   Fu r th er m o r e,   J ian g   et  a l.   [ 2 0 ]   p r esen co m p ar ativ e   an aly s is   o f   m o d el - b ased   an d   lear n in g - b ased   a p p r o ac h es  f o r   f o r m atio n   co n tr o l.   T h e   f in d in g s   in d icate   th at   m o d el - b ased   m eth o d s   ar ef f icien an d   r eliab le  wh en   ac cu r ate  s y s tem   m o d els  a r av ailab le  an d   u n ce r tain tie s   ar m o d er ate.   I n   co n tr ast,  lear n in g - b ased   m eth o d s   d em o n s tr ate  g r ea ter   ad a p tab ilit y   an d   r o b u s tn ess   in   co m p lex   an d   u n ce r tain   en v ir o n m en ts .   Ad d itio n ally ,   d if f er en r esear ch er s   in v esti g ated   v ar io u s   ap p r o ac h es  in   m u l ti - r o b o f o r m atio n   co n tr o [ 2 1 ] [ 2 2 ] ,   an d   [ 2 3 ] .     I n   m u lti - r o b o t   s y s tem s ,   in d iv id u al  r o b o ts   m ay   ex p er ie n ce   s u b s y s tem   f ailu r es,  s u ch   as  a ctu ato r   o r   s en s o r   m alf u n ctio n s .   W h en   s u ch   f ailu r o cc u r s ,   th af f e cted   r o b o is   ty p ically   is o late d   f r o m   t h s y s tem ,   r ed u cin g   t h to tal  n u m b er   o f   o p er atio n al  r o b o ts .   Ho wev e r ,   ce r tain   task s   r eq u ir th s y s tem   to   m ain tain   m in im u m   n u m b er   o f   ac tiv r o b o ts   to   en s u r s u cc ess f u task   co m p letio n .   C o n s eq u e n tly ,   th e   f ailu r o f   s in g le  r o b o t   ca n   lea d   to   s y s tem ic  f a ilu r e,   p r ev en tin g   th e   en tire   s y s tem   f r o m   ex ec u tin g   its   ass ig n ed   task .   E x is tin g   s tu d ies  h av n o a d eq u ately   ad d r ess ed   th is   is s u e,   leav in g   a   cr itical  r esear ch   g a p .   T o   b r id g e   t h is   g ap ,   th is   p a p er   p r o p o s es  a   r o b o r ep lace m en s tr ateg y   with in   a   d ec en tr alize d   f au lt - to ler an c o n tr o f r am ew o r k   f o r   m u lti - r o b o s y s tem s .   T h p r o p o s ed   a p p r o ac h   in v o lv es  r e p lacin g   th f au lty   r o b o with   r eser v ed   s tan d b y   u n it  wh ile   is o latin g   th m alf u n ctio n in g   r o b o t.  Fu r t h er m o r e,   a   g r ap h - th eo r etica m eth o d   is   em p lo y e d   to   en s u r s tab le  an d   p r ec is f o r m atio n   c o n tr o l .   T h r o b o ts   in   th is   s y s tem   u ti lize  an   in er tial  m ea s u r em en t   u n it  ( I MU ) ,   wh ee l   en co d er s ,   an d   L iDAR   s en s o r s   f o r   lo ca lizatio n   an d   n a v ig atio n .   T h is   s tu d y   s p ec if ically   f o cu s es  o n   m itig atin g   L iDAR   s en s o r   f ail u r es.  Du e   to   b u d g et  c o n s tr ai n ts ,   th p r o p o s ed   m eth o d   is   im p lem en te d   a n d   v alid ated   in   a   s im u latio n   en v ir o n m en t ( MA T L AB /Si m u lin k ) .       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         Mo b ile  r o b o t rep la ce men t in   mu lti - r o b o t fa u lt - to lera n t fo r m a tio n   ( A h med   Mo u s ta fa   E ls a y ed )   313   2.   M E T H O D   2 . 1 .       F o ur - wheel  diff er ent ia l m o bil ro bo t     T h p r esen s tu d y   i n v esti g ates  m u lti - r o b o s y s tem   ( MRS )   co m p r is in g   f iv e   m o b ile  r o b o ts .   T h e   s y s tem   u tili ze s   f o u r - wh ee d if f er en tial  d r iv m o b ile  r o b o ts   t o   ex p lo r Sp ar e - ass is ted   f au lt - to ler an f o r m atio n   co n tr o ( SA - FTFC ) .   s ch em atic  d iag r am   o f   th e   r o b o is   ill u s tr ated   in   Fig u r 1 ,   w h er L   r ep r esen ts   th r o b o wh ee lb ase.   V R   an d   V d en o te  th lin ea r   v elo cities  o f   th r ig h an d   lef wh ee ls   r esp ec tiv ely ,   wh ile  ω   an d   v   ar th r o b o t' s   an g u lar   a n d   lin ea r   v elo cities  r esp ec tiv ely .   T h e   p o s itio n   o f   th r o b o t   is   d ef in e d   b y   th co o r d i n ates.  ( , ) ,   an d   ψ   r ep r esen t   th e   r o b o o r i en tatio n .   T h r o b o t' s   p o s itio n   an d   o r ien tatio n   r e p r esen th e   r o b o t' s   s tate  in   th g lo b al  f r a m e.   T h g en er al   co o r d in ate  v ec to r   is   d ef in e d   as  q ( t)   =   [ x ( t) ,   y ( t) ,   θ( t) ] a n d   th c o n tr o l   in p u t   v ec to r   is   u ( t)   [ v ( t) ,   ω ( t) ] T .   T h k in e m atic  m o d el   o f   a   d if f er en tia  wh ee d r iv illu s tr ated   in   F ig u r e   is   d escr ib ed   b y   Ku m a [ 2 4 ] .   T h m o b ile  r o b o is   eq u ip p ed   with   q u ad r atic  wh ee en co d er   to   d eter m in th wh ee d ir e ctio n .   T h en co d er   r eso l u tio n   is   1 , 6 0 0   p u ls es  p er   r ev o lu tio n .   T h r o b o wh ee lb ase  is   2 1   cm ,   an d   t h wh ee en co d e r   m ea s u r em en t m o d el  is   illu s tr ated   in   th eq u atio n .       V R = 2   π   t i cks R r es o l u t i o n dt       , V L = 2   π   t i cks L r es o l u t i o n dt     ( 1 )           Fig u r e   1 .   Fo u r - wh ee d if f er en t ial  d r iv m o b ile  r o b o t m o d el       2 . 2 .     G ra ph   t heo ry   Gr ap h   th eo r y   is   em p lo y ed   to   m o d el  th co m m u n icatio n   to p o lo g y   an d   th f o r m atio n   s tr u ctu r o f   th e   m u lti - r o b o s y s tem   ( MRS ) .   A n   u n d ir ec te d   g r a p h     is   d ef in ed   as  p air   ( ,   ) ,   wh er   is   th s et   o f   v er tices,  d en o ted   as  = [ 1 , 2 , , ]   an d     co r r esp o n d s   t o   th n u m b er   o f   n o d es,  w h ich   s ig n if ies  th to tal  n u m b e r   o f   r o b o ts   in   th MRS .   Ad d itio n ally ,     r ep r esen ts   th s et  o f   u n d ir ec ted   ed g es,  wh er   × .   T h e   ed g es   co n n ec p ai r s   o f   v er tices  s u ch   th at  if   th v er te x   p air   (   ,   th en   is   ( )   .   T h n u m b er   o f   ed g es    s atis f ies    { 1 , , ( 1 ) 2 } .   T h s et  o f   n eig h b o u r s   o f   v er tex     is   r ep r esen ted   b y   ( ) = {     |   ( , )   } Fu r th er   illu s tr atio n   o n   g r a p h   r i g id ity   th eo r y   ca n   b f o u n d   in   Z elaz o   an d   Z h ao   [ 2 5 ] .     2 . 3 .     F a u lt   d et ec t i o   E v er y   m o b ile  r o b o i n   th is   wo r k   is   f itted   with   a   L iDAR   s en s o r ,   wh ee en co d er s ,   a n d   a n   I MU   t o   en ab le  m a p p in g   an d   lo ca lizati o n .   T h m ai n   g o al  o f   th e   s tu d y   is   to   f ix   L iDAR   s en s o r - r ela ted   p r o b lem s .   T h liter atu r h as  d escr ib e d   a   r an g o f   d ef ec t   d etec tio n   an d   is o latio n   ( FDI )   m eth o d s   [ 2 6 ] .   T h f au lt   d etec tio n   m eth o d   u s ed   in   th is   p ap er   co m p u tes  r esid u als  u s in g   two   in d ep en d e n tech n iq u es:  i )   b y   co m p ar in g   th r o b o t' s   s tate  esti m atio n   o b tain ed   f r o m   its   L iDAR   s en s o r   with   th at  o f   co r r esp o n d in g   L iDAR   s en s o r   m o u n te d   o n   an o th er   r o b o with in   t h MRS )   an d   ii )   b y   c o m p a r in g   th L iDAR - b ased   s tate  e s tim atio n   with   th f u s ed   s tate  esti m atio n   d er iv ed   f r o m   h eter o g en eo u s   o n b o ar d   s en s o r s ,   n a m ely   th wh ee e n co d e r s   an d   I MU .   An   ex ten d ed   Kalm an   Fil ter   ( E KF)   co m b in es  wh ee en co d e r s   an d   I MU   d ata  to   ac c o m p lis h   s en s o r   f u s io n .   I f   th e   r esid u als  co m p u ted   u s in g   b o t h   m eth o d s   ex ce ed   p r ed e f in ed   th r esh o ld ,   th is   s er v es  as  an   in d icatio n   th at  th L iDAR   s en s o r   h as e n co u n ter ed   f au lt .         3.   RO B O T   R E P L AC E M E NT   AP P RO ACH   I n   m u lt i - r o b o s y s te m s   ( M R S ) ,   r o b o t s   ar p r o g r a m m e d   t o   f o r m   u n iq u g eo m et r i ar r an g e m e n t s   cu s to m i z ed   t o   t h r e q u ir e m en t s   o f   d i v er s j o b s ,   in c lu d in g   m a t er i a h an d l in g ,   s ea r c h   o p er a ti o n s ,   an d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 7 2 2 - 2 5 8 6   I AE S I n t J Ro b   &   Au to m ,   Vo l .   1 4 ,   No .   4 ,   Dec em b er   2 0 2 5 :   31 1 - 3 1 9   314   ag r i cu l tu r a a p p l ic a ti o n s .   C er ta in   t a s k s   i n v o l v e x a c s p a t ia f o r m at i o n s   to   en s u r o p ti m al  p er f o r m an c e.       H o w ev er ,   th o c c u r r en c o f   f au lt s   i n   in d i v i d u a r o b o t s   p o s e s   co n s id er ab l d if f i cu l ty ,   a s   it   m i g h l ea d   to   th i s o la ti o n   o f   th af f e ct e d   r o b o an d ,   s u b s eq u e n tl y ,   u p s et   th o v e r a l s y s t e m   d e s ig n .   T o   a d d r e s s   th i s   i s s u e,   th p r e s e n s tu d y   p r o v i d e s   R o b o R e p l a ce m e n ap p r o a c h   a i m ed   at  p r e s er v in g   s y s t e m   f u n c ti o n al i ty   an d   f o r m at i o n   i n t e g r i ty   in   t h ev e n t   o f   r o b o t   d ef e ct s .   T h e   p r o p o s e d   s o lu ti o n   i n v o l v e s   r e p l a c in g   m a lf u n ct io n i n g   r o b o t s   w it h i n   t h M R S   t o   p r e s er v th d e s ir e d   c o n f i g u r a t io n .   T h s y s t e m   u n d er   d i s cu s s io n   co m p r i s e s   o f   f iv r o b o t s ,   w h er th r e r o b o t s   a ct iv e ly   m a in t ai n   tr ia n g u l ar   ar r a n g e m en t,  a n d   t w o   f u n c ti o n   a s   r ed u n d a n c y   u n it s   ca p ab le   o f   s w ap p i n g   f au lt y   o n e s T h e   s et s   o f   a c ti v r o b o t s ,   r ed u n d a n r o b o t s ,   an d   th e   d e s ig n a t ed   le a d e r   ar la b el le d   a s   f o ll o w s A 1 , 2 , 3 },   R = { 4 , 5 },   a n d   L =1 ,   r e s p ec t iv el y .   H er e,   r ep r e s e n t s   th s et  o f   ac t iv el y   f o r m i n g   r o b o t s ,   R   s i g n if i e s   t h s et   o f   s p ar r o b o t s ,   a n d   L   in d ic a te s   t h l ea d e r   r o b o t,   d ef in e d   a s   th r o b o w i th   th le a s i d e n tif i ca t io n   ( I D )   n u m b er   in s id th ac ti v s e t.  I n   t h p r e s en te d   w o r k ,   t h a ct i v r o b o t s   m ai n t a in   a   tr i an g l f o r m a ti o n   u ti l iz in g   le a d e r - f o l lo w e r   co n tr o ap p r o a c h .   T h l ea d er ,   d ef in ed   b y   t h lo w e s I D   a m o n g   th e   a c ti v e   r o b o t s ,   g u i d e s   th e   f o r m a t io n .   F o r   i n s t an c e,   i f   th a ct i v e   r o b o t s   a r e   R 1 ,   R 2 ,   a n d   R 3 ,   th e n   R 1   i s   a s s ig n ed   a s   t h le a d e r ,   a s   s p e ci f i ed   in   ( 2 ) .   T h f o ll o w er   r o b o t s   d y n a m ic a ll y   m o d i f y   th ei r   lo c at io n s   t o   p r e s er v t h r e q u ir e d   r el at i v co n f ig u r at i o n   w i th   r e g a r d   to   th l e ad er ,   a s   il lu s tr a te d   i n   t h e   r ig id i ty   g r ap h   s h o w n   in   Fi g u r 2 .     = a rg m i n    ( )     ( 2 )     T h f au l h an d l in g   t ec h n i q u e   ad o p te d   i n   th i s   s tu d y   co n t ai n s   t w o   b a s i s ta g e s f au l d et ec t io n   a n d   r o b o t   r ep l ac e m en t.   T h f a u lt   id en ti f i c at i o n   t ec h n iq u ex p l i ci t ly   t ar g et s   L i D A R   s en s o r   d ef ec t s .   I n   th r o b o t   r ep l a ce m e n p h a s e ,   if   r o b o n en co u n t er s   f a u l t,  it  i s   r e m o v e d   f r o m   t h a c ti v s e A   an d   r e p l a c ed   b y   a   r e s er v e d   r o b o t   j R ,   w h er j   i s   p i ck e d   a s   t h r e s er v e d   r o b o w i th   t h l e a s i d e n t if i c at io n   n u m b e r .   T h i s   g u ar an t ee s   a   s e a m le s s   t r a n s it i o n   an d   co n t i n u at io n   in   t h e   f o r m at io n   b y   u p d at in g   th a ct iv e   s e A   a cc o r d i n g l y .           Fig u r e   2 .   Gr a p h   r i g id ity   f o r   tr i an g le  s h ap f o r m atio n       4.   SI M UL A T I O A ND  RE SU L T S   T h c o n tr o a lg o r i t h m s   o u t l i n e d   in   s e ct io n   3   ar i m p le m en t ed   a n d   a s s e s s ed   i n   m u l ti - r o b o t   s i m u l at io n   e n v ir o n m e n u s i n g   M A T L A B / S i m u li n k .   T h co n f ig u r at io n   c o n s i s t s   o f   f i v d if f er e n t ia l - d r iv m o b il e   r o b o t s ,   w i th   t h r e ( R 1 ,   R 2 ,   an d   R 3 )   f u n c t io n i n g   a s   ac ti v r o b o t s   a n d   t h o t h e r   t wo   ( R 4   a n d   R 5 w o r k i n g   a s   r e s e r v e s .   T h e   s i m u l at io n   an a ly s e s   t w o   d if f e r e n t   s c en ar io s :   a.   F au l t - f r e o p er at io n T h a ct iv r o b o t s   r e ta i n   tr ia n g l s h a p w h il co ll e c ti v e ly   n av i g a ti n g   to w a r d   a   p r e s e ta r g e t.   b.   S in g l r o b o f a u l t W h en   r o b o 2   f a i l s ,   i i s   r e p la c ed   b y   r o b o 4 ,   f o l l o w in g   w h i ch   th f o r m a ti o n   b e g i n s   it s   j o u r n ey   to w a r d   t h e   g o a l.     4 . 1 .     F a ult - f re o pera t io n scena rio   I n   th is   s ce n ar io   ( as  in   Fig u r e   3) ,   th r o b o ts '   in itial  p o s itio n s   ar d ef in e d   ac co r d in g   t o   T ab le  1   an d   illu s tr ated   in   Fig u r 3 ( a) .   E ac h   r o b o t   is   is s u ed   a   u n iq u I ( 1 5 ) ,   with   th e   lead er   p o s itio n   g iv e n   t o   th e   r o b o t   with   th s m allest  I D.   T h in itial  f o r m atio n   co m p r is es  R 1 ,   R 2 ,   an d   R 3 ,   o r g an ized   i n   tr i an g le  f o r m atio n   as  d ep icted   in   Fig u r 3 ( b ) .   T h g o al  p o s itio n s   f o r   R 2   an d   R 3   ar co m p u ted   r elativ to   R 1   u s in g   th Hu n g a r ian   m eth o d   to   o p tim ize  c o s ef f i cien cy .   R o b o ts   R 4   an d   R 5   f u n ctio n   as  r eser v ed   r o b o ts ,   b y   r em ain in g   in ac tiv e   u n less   ac tiv ated   to   r ep lace   f a u lty   r o b o t.      T h r esu lts   o f   th is   s ce n ar io   ar p r esen ted   in   Fig u r 4 .   As  d e p icted   in   t h f i g u r e,   th r o b o ts   s u cc ess f u lly   co n v er g to   th e   tr ian g u lar   f o r m atio n   at  t=3 4 . 5   s .   Fig u r e s   4 ( a)   an d   4 ( b )   illu s tr ate  th d is tan ce   er r o r   r elativ to   th lead er   an d   r elativ e   to   th e   g o al  p o s itio n ,   r esp ec tiv ely .   W h ile  Fig u r e   4 ( c )   illu s tr ates  th e   an g le   er r o r   r elativ 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         Mo b ile  r o b o t rep la ce men t in   mu lti - r o b o t fa u lt - to lera n t fo r m a tio n   ( A h med   Mo u s ta fa   E ls a y ed )   315   to   th lead e r .   Sp ec if ically ,   R 2   ex h ib its   d is tan ce   er r o r   o f   0 . 0 5 9 m   an d   an   an g le  er r o r   o f   1 . 2 ⁰  r elativ to   t h lead er   R 1 ,   wh ile  R 3   d em o n s tr ates a   d is tan ce   er r o r   o f   0 . 0 6 1 m   an d   a n   an g le  e r r o r   o f   1 . 2 2 ⁰  r elativ to   R 1 .       T ab le   1 .   R o b o t p o s itio n s   in   f a u lt - f r ee   o p er atio n   R o b o t   I D   R o b o t   s t a t u s   S t a r t i n g   p o si t i o n s   G o a l   p o s i t i o n   F a u l t   s t a t u s   x   y   ψ   x   y   R 1   A c t i v e   25   25   π/ 2   25   25   F a l se   R 2     15   25   π/ 2   2 1 . 4 7   1 4 . 1 4   F a l se   R 3     10   35   π/ 2   1 9 . 2 9   2 0 . 8 5   F a l se   R 4   R e ser v e d   30   40   π/ 2   3 0 . 7 0   2 0 . 8 5   F a l se   R 5     35   25   π/ 2   2 8 . 5 2   1 4 . 1 4   F a l se           Fig u r 3 .   Fau lt f r ee   o p e r atio n   s ce n ar io   ( a)   r o b o ts   s tar t p o s itio n   an d   ( b )   r o b o t f o r m in g   tr ian g le  s h ap f o r m atio n           ( a)   ( b )       ( c)     Fig u r 4 .   T r ian g le  s h ap e   f o r m atio n   er r o r s :   ( a)   d is tan ce   er r o r   r elativ to   th lead er ,   ( b )   d is tan ce   er r o r   r elativ to   g o al  p o s itio n ,   an d   ( c)   a n g le  er r o r   r elativ to   th lead e r     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 7 2 2 - 2 5 8 6   I AE S I n t J Ro b   &   Au to m ,   Vo l .   1 4 ,   No .   4 ,   Dec em b er   2 0 2 5 :   31 1 - 3 1 9   316   4 . 2 .     Sin g le  ro bo t   f a ult   I n   th is   s im u latio n   s ce n ar io ,   r o b o 2   e n co u n ter s   L iDAR   s en s o r   f au lt.   As  n o ted   in   [ 2 6 ] ,   L iDAR   s en s o r s   ar p r o n to   v ar io u s   m alf u n ctio n s .   T h s p ec if ic  f a u lt  ex am in ed   in   th is   s tu d y   a f f ec ts   th L iDAR ' s   m o to r ,   h altin g   its   r o tatio n .   As  r esu lt,  th L iDAR   s ca n   is   co n f in ed   to   f ix ed   a n g le,   s ev er e ly   lim itin g   its   f ield   o f   v iew.   Ad d itio n ally ,   p r o p er   o p er atio n   o f   L iDAR   s en s o r   s y s tem s   s o m etim es  r eq u ir es  ca li b r atio n   b etwe en   t h e   L iDAR   an d   its   m o to r .   T o   a d d r ess   s u ch   f au lts ,   th is   s tu d y   em p lo y s   th e   r o b o r e p lace m e n m eth o d ,   wh ic h   r ep lace s   th f au lty   r o b o with   f u n ctio n al  o n e.   W h en   R o b o 2   f ails ,   it  i s   r em o v ed   f r o m   th ac tiv r o b o s et,   in itially   d ef in ed   as  =   {1 ,   2 ,   3 },   an d   m o v e d   to   p r e d et er m in ed   lo ca tio n   o n   th e   m ap .   r eser v ed   r o b o t,   r o b o 4   s elec ted   f r o m   th e   r es er v ed   r o b o t   s et  R   {4 ,   5 }   th en   tak es  its   p lace .   T h is   u p d at es  th ac tiv s et  to   {1 ,   3 ,   4 an d   th r eser v ed   r o b o ts   s et  to   S =   {5 }.   T h r e p lace m en t p r o ce s s   is   illu s tr ated   in   Fig u r 5 .           Fig u r 5 .   R o b to 2   is o latio n   an d   r ep lace m en t       As  illu s tr ated   in   Fig u r 5 r o b o 4   s u cc ess f u lly   co n v er g es to   th p o s tu r ( 2 7 . 8 ,   2 4 . 6 ) ,   jo in in g   r o b o ts   1   an d   2 .   T h is   estab lis h es  th ac t iv r o b o s et  {1 ,   3 ,   4 in   tr ian g le  s h ap e.   Me an w h ile,   th m alf u n ctio n in g   r o b o t   2   is   s ep ar ated   f r o m   th e   MRS   an d   g o es  to   its   d esig n ated   is o latio n   p o in t   at  ( 1 0 ,   5 ) .   Fig u r e   6   ex h ib its   er r o r s   in   r o b o f o r m atio n   i n   ca s r o b o t   en co u n ter s   f a u lt,  t h d is tan ce   an d   an g le  er r o r s   o f   r o b o 4   r elativ to   th lead er   R 1   ar illu s tr ated   in   Fig u r 6 ( a)   an d   Fig u r 6 ( b )   r esp ec tiv ely T h r esu lts   r ev ea th at  r o b o 4   s u cc ess f u lly   s tab ilizes in   f o r m atio n ,   attain in g   f in al  d is tan c er r o r   o f   0 . 1 5   m   an d   an   a n g le   er r o r   o f   0 . 6 5 °.               ( a)   ( b )     Fig u r 6 Sin g le  r o b o t f au lt :   (a )   d is tan ce   er r o r   r elativ to   t h lead er   r o b o t 1   a n d   ( b )   o r ien tatio n   er r o r   r elativ t o   th lead er   r o b o 1     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         Mo b ile  r o b o t rep la ce men t in   mu lti - r o b o t fa u lt - to lera n t fo r m a tio n   ( A h med   Mo u s ta fa   E ls a y ed )   317   5.   DIS CU SS I O N   T h s im u latio n   r esu lts   p r esen ted   in   th is   s tu d y   d em o n s tr ate  th ef f ec tiv en ess   o f   th p r o p o s ed   r o b o t   r ep lace m en s tr ateg y   in   m ain t ain in g   f o r m atio n   in teg r ity   an d   m is s io n   co n tin u ity   in   MRS   e x p er ien cin g   s en s o r   f au lts .   I n   b o th   f au lt - f r ee   an d   f au lt  s ce n ar io s ,   th s y s tem   s u cc ess f u lly   p r eser v ed   th tr ian g u lar   f o r m atio n ,   in d icatin g   th r o b u s tn ess   o f   th r o b o r e p lace m en ap p r o ac h .   T h s m o o th   tr a n s itio n   f r o m   f au lty   r o b o to   a   r eser v u n it,  co u p led   with   r a p id   co n v er g en ce   to   d esire d   s p at ial  co n f ig u r atio n s ,   em p h asizes  th p r ac ticality   o f   in teg r atin g   r e d u n d an cy   in   f o r m atio n - cr itical  task s .   Ho we v er ,   wh ile  th s im u latio n   p r o v id es  en co u r ag in g   ev id en ce ,   r ea l - wo r ld   im p lem e n tatio n s   m ay   en co u n te r   ad d iti o n al  ch allen g es,  s u ch   as  co m m u n icatio n   laten cy ,   u n s tr u ctu r ed   en v ir o n m en ts ,   an d   u n f o r eseen   s en s o r   n o is o r   h ar d war lim itatio n s .   Mo r eo v er ; f u tu r wo r k   m u s t   co n s id er   co n c u r r en m u lti - r o b o f au lts .   E n h an ce m en ts   in   r ea l - tim f au lt  d iag n o s is ,   in clu d in g   a d ap tiv e   th r esh o ld s   o r   m ac h in lear n in g - b ased   an o m aly   d etec ti o n ,   co u ld   f u r th er   im p r o v e   s y s tem   r esi lien ce .   Ultim ately ,   ex ten d in g   th f r a m ewo r k   to   p h y s ical  r o b o p lat f o r m s   will  b ess en tial  to   v alid ate  th s im u latio n   r esu lts   u n d er   r ea lis tic  co n d itio n s   an d   ass ess   th f ea s ib i lity   o f   d ep lo y i n g   s u ch   s y s tem s   in   in d u s tr ial,   ag r icu ltu r al,   o r   s ea r ch - a n d - r escu o p er atio n s .       6.   CO NCLU SI O   T h is   p ap er   i n tr o d u ce s   r o b o r ep lace m en a p p r o ac h   to   im p r o v e   f au lt  to le r an ce   in   M R S,  wh er m ain tain in g   f o r m atio n   s ize  is   cr u cial.   T h f r am ewo r k   was  test ed   in   s im u latio n s   em p lo y in g   f iv d if f er en tial   wh ee led   m o b ile  r o b o ts th r ee   f o r m in g   tr ia n g le  lead er - f o l lo wer   co n f ig u r atio n   an d   two   s er v in g   as  s p ar es.     Up o n   f ailu r e ,   an   ac tiv r o b o was  tr an s f er r ed   to   s p ec if ied   is o latio n   p o s itio n   an d   r e p lace d   b y   th l o west - I av ailab le  s p ar e   r o b o t,  g u ar a n t ee in g   f o r m atio n   s tab ilit y   a n d   s y s tem   r esil ien ce .   T h e   p r o p o s ed   tech n o lo g y   h as  co n s id er ab le  p o te n tial  f o r   in d u s tr ial  au to m atio n ,   in clu d i n g   m ater ial  h an d lin g ,   l o g is tics ,   an d   s ea r ch - an d - r escu e   o p er atio n s .   Fu tu r e   wo r k   p e n d in g   ad d itio n al   f u n d in g   will   f o c u s   o n   r ea l - w o r ld   MRS   im p lem en tatio n   an d   s tr en g th en in g   f au lt id en tific ati o n ,   s u ch   as r ea l - tim e   L iDAR   in ten s ity   m o n ito r i n g   f o r   en h an ce d   d iag n o s tics .       F UNDING   I NF O R M A T I O N   T h au th o r s   s tate  n o   f u n d in g   is   in v o lv ed .       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   Ah m ed   M .   E ls ay ed                               Mo h am ed   E ls h alak a n i                               Sh er if   A li   Ham m ad                               Sh ad y   Ah m ed   Ma g ed                                 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   T h au th o r s   s tate  n o   co n f lict o f   in ter est.       DATA AV AI L AB I L I T   T h au th o r s   co n f ir m   th at  th d ata  s u p p o r tin g   th f in d in g s   o f   th is   s tu d y   ar av ailab le  in   t h ar ticle.         RE F E R E NC E S   [ 1 ]   B .   K h a l e g h i ,   A .   K h a mi s,   F .   O .   K a r r a y ,   a n d   S .   N .   R a z a v i ,   M u l t i s e n s o r   d a t a   f u s i o n :   A   r e v i e w   o f   t h e   s t a t e - of - t h e - a r t ,   I n f o rm a t i o n   Fu si o n ,   v o l .   1 4 ,   n o .   1 ,   p p .   2 8 4 4 ,   2 0 1 3 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . i n f f u s. 2 0 1 1 . 0 8 . 0 0 1 .   [ 2 ]   J.  A l o n s o - M o r a ,   S .   B a k e r ,   a n d   D .   R u s ,   M u l t i - r o b o t   f o r ma t i o n   c o n t r o l   a n d   o b j e c t   t r a n s p o r t   i n   d y n a mi c   e n v i r o n me n t v i a   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 7 2 2 - 2 5 8 6   I AE S I n t J Ro b   &   Au to m ,   Vo l .   1 4 ,   No .   4 ,   Dec em b er   2 0 2 5 :   31 1 - 3 1 9   318   c o n st r a i n e d   o p t i m i z a t i o n ,   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 R e se a r c h ,   v o l .   3 6 ,   n o .   9 ,   p p .   1 0 0 0 1 0 2 1 ,   2 0 1 7 ,   d o i :   1 0 . 1 1 7 7 / 0 2 7 8 3 6 4 9 1 7 7 1 9 3 3 3 .   [ 3 ]   H .   Y a n g ,   S .   M e mb e r ,   Q .   H a n ,   X .   G e ,   a n d   L .   D i n g ,   F a u l t   t o l e r a n t   c o o p e r a t i v e   c o n t r o l   o f   m u l t i - a g e n t   sy s t e m s  :   a   su r v e y   o f   t r e n d s   a n d   m e t h o d o l o g i e s ,   I EEE   T ra n s a c t i o n o n   I n d u st r i a l   I n f o rm a t i c s ,   v o l .   P P ,   n o .   c ,   p .   1 ,   2 0 1 9 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / TI I . 2 0 1 9 . 2 9 4 5 0 0 4 .   [ 4 ]   M .   K h e i r a n d i sh ,   E .   A .   Y a z d i ,   H .   M o h a mm a d i ,   a n d   M .   M o h a mm a d i ,   A   f a u l t - t o l e r a n t   s e n so r   f u si o n   i n   mo b i l e   r o b o t u si n g   mu l t i p l e   m o d e l   K a l ma n   f i l t e r s,”   R o b o t i c s   a n d   A u t o n o m o u S y s t e m s ,   v o l .   1 6 1 ,   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . r o b o t . 2 0 2 2 . 1 0 4 3 4 3 .   [ 5 ]   Y .   C h a n g ,   C .   W u ,   a n d   H .   L i n ,   A d a p t i v e   d i st r i b u t e d   f a u l t - t o l e r a n t   f o r ma t i o n   c o n t r o l   f o r   mu l t i - r o b o t   s y st e ms   u n d e r   p a r t i a l   l o ss   o f   a c t u a t o r   e f f e c t i v e n e ss,”   I n t e r n a t i o n a l   J o u rn a l   o f   C o n t r o l ,   A u t o m a t i o n   a n d   S y st e m s ,   v o l .   1 6 ,   n o .   5 ,   p p .   2 1 1 4 2 1 2 4 ,   O c t .   2 0 1 8 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / s 1 2 5 5 5 - 0 1 6 - 0 5 8 7 - 4.   [ 6 ]   G .   C .   K a r r a a n d   G .   K .   F o u r l a s,  M o d e l   p r e d i c t i v e   f a u l t   t o l e r a n t   c o n t r o l   f o r   o m n i - d i r e c t i o n a l   mo b i l e   r o b o t s ,   J o u r n a l   o f   I n t e l l i g e n t   &   R o b o t i c   S y st e m s ,   v o l .   9 7 ,   n o .   3 4 ,   p p .   6 3 5 6 5 5 ,   M a r .   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / s 1 0 8 4 6 - 0 1 9 - 0 1 0 2 9 - 7.   [ 7 ]   A .   A b i d   a n d   M .   T.   K h a n ,   M u l t i - s e n so r ,   mu l t i - l e v e l   d a t a   f u s i o n   a n d   b e h a v i o r a l   a n a l y si b a s e d   f a u l t   d e t e c t i o n   a n d   i s o l a t i o n   i n   mo b i l e   r o b o t s,   2 0 1 7   8 t h   I E EE  A n n u a l   I n f o rm a t i o n   T e c h n o l o g y ,   El e c t ro n i c a n d   Mo b i l e   C o m m u n i c a t i o n   C o n f e ren c e ,   I E MC O N   2 0 1 7 ,   p p .   4 0 4 5 ,   2 0 1 7 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / I EM C O N . 2 0 1 7 . 8 1 1 7 1 3 9 .   [ 8 ]   A .   A b i d ,   M .   T.   K h a n ,   a n d   C .   W .   d e   S i l v a ,   F a u l t   d e t e c t i o n   i n   m o b i l e   r o b o t u si n g   se n so r   f u si o n ,   i n   2 0 1 5   1 0 t h   I n t e r n a t i o n a l   C o n f e re n c e   o n   C o m p u t e S c i e n c e   &   E d u c a t i o n   ( I C C S E) ,   J u l .   2 0 1 5 ,   n o .   I c c s e ,   p p .   8 1 3 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / I C C S E. 2 0 1 5 . 7 2 5 0 2 0 9 .   [ 9 ]   O .   Zw e i g l e ,   B .   K e i l ,   M .   W i t t l i n g e r ,   K .   H ä u sserm a n n ,   a n d   P .   L e v i ,   R e c o g n i z i n g   h a r d w a r e   f a u l t o n   m o b i l e   r o b o t u s i n g   s i t u a t i o a n a l y si t e c h n i q u e s ,   i n   I n t e l l i g e n t   A u t o n o m o u s   S y st e m 1 2 :   V o l u m e   1   Pr o c e e d i n g s   o f   t h e   1 2 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   I A S - 1 2 ,   h e l d   J u n e   2 6 - 2 9 ,   2 0 1 2 ,   B e r l i n   H e i d e l b e r g :   S p r i n g e r ,   2 0 1 3 ,   p p .   3 9 7 4 0 9 .   [ 1 0 ]   D .   C r e st a n i ,   K .   G o d a r y - D e j e a n ,   a n d   L.   L a p i e r r e ,   E n h a n c i n g   f a u l t   t o l e r a n c e   o f   a u t o n o mo u s   m o b i l e   r o b o t s,”   R o b o t i c s   a n d   Au t o n o m o u S y s t e m s ,   v o l .   6 8 ,   p p .   1 4 0 1 5 5 ,   2 0 1 5 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . r o b o t . 2 0 1 4 . 1 2 . 0 1 5 .   [ 1 1 ]   M .   D o r a n ,   R .   S t e r r i t t ,   G .   W i l k i e ,   a n d   G .   W i l k i e ,   A u t o n o mi c   a r c h i t e c t u r e   f o r   f a u l t   h a n d l i n g   i n   mo b i l e   r o b o t s ,   I n n o v a t i o n i n   S y s t e m a n d   S o f t w a r e   E n g i n e e r i n g ,   v o l .   1 6 ,   n o .   3 ,   p p .   2 6 3 2 8 8 ,   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / s 1 1 3 3 4 - 0 2 0 - 0 0 3 6 1 - 8.   [ 1 2 ]   D .   Li u ,   H .   Li u ,   a n d   J.  X i ,   F u l l y   d i s t r i b u t e d   a d a p t i v e   f a u l t - t o l e r a n t   f o r ma t i o n   c o n t r o l   f o r   o c t o r o t o r s u b j e c t   t o   mu l t i p l e   a c t u a t o r   f a u l t s,   A e ro s p a c e   S c i e n c e   a n d   T e c h n o l o g y ,   v o l .   1 0 8 ,   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . a st . 2 0 2 0 . 1 0 6 3 6 6 .   [ 1 3 ]   M .   A .   K a mel ,   Y .   Z h a n g ,   a n d   X .   Y u ,   F a u l t - t o l e r a n t   c o o p e r a t i v e   c o n t r o l   o f   mu l t i p l e   w h e e l e d   mo b i l e   r o b o t s   u n d e r   a c t u a t o r   f a u l t s,   I FAC - P a p e rsO n L i n e ,   v o l .   2 8 ,   n o .   2 1 ,   p p .   1 1 5 2 1 1 5 7 ,   2 0 1 5 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . i f a c o l . 2 0 1 5 . 0 9 . 6 8 2 .   [ 1 4 ]   K .   O h ,   M .   P a r k ,   a n d   H .   A h n ,   A u t o m a t i c a ,   Au t o m a t i c a ,   v o l .   5 3 ,   p p .   4 2 4 4 4 0 ,   2 0 1 5 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . a u t o ma t i c a . 2 0 1 4 . 1 0 . 0 2 2 .   [ 1 5 ]   T.   R e c k e r ,   M .   H e i n r i c h ,   a n d   A .   R a a t z ,   A   c o m p a r i so n   o f   d i f f e r e n t   a p p r o a c h e f o r   f o r m a t i o n   c o n t r o l   o f   n o n h o l o n o m i c   mo b i l e   r o b o t s   r e g a r d i n g   o b j e c t   t r a n s p o r t ,   Pr o c e d i a   C I RP ,   v o l .   9 6 ,   n o .   M a r c h ,   p p .   2 4 8 2 5 3 ,   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . p r o c i r . 2 0 2 1 . 0 1 . 0 8 2 .   [ 1 6 ]   D .   R o y ,   M .   M a i t r a ,   a n d   S .   B h a t t a c h a r y a ,   A d a p t i v e   f o r m a t i o n     sw i t c h i n g   o f   a   mu l t i     r o b o t   sy s t e m   i n   a n   u n k n o w n   o c c l u d e d   e n v i r o n m e n t   u s i n g   B A a l g o r i t h m,   I n t e r n a t i o n a l   J o u rn a l   o f   I n t e l l i g e n t   R o b o t i c s   a n d   A p p l i c a t i o n s ,   v o l .   4 ,   n o .   4 ,   p p .   4 6 5 4 8 9 ,   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / s4 1 3 1 5 - 0 2 0 - 0 0 1 5 0 - 3.   [ 1 7 ]   X .   W u ,   R .   W u ,   Y .   Zh a n g ,   a n d   J .   P e n g ,   D i st r i b u t e d   f o r m a t i o n   c o n t r o l   o f   mu l t i - r o b o t   sy s t e ms   w i t h   p a t h   n a v i g a t i o n   v i a   c o m p l e x   l a p l a c i a ,   E n t r o p y ,   v o l .   2 5 ,   n o .   1 1 ,   p .   1 5 3 6 ,   N o v .   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / e 2 5 1 1 1 5 3 6 .   [ 1 8 ]   T.   R e c k e r ,   B .   Z h o u ,   M .   S t ü d e ,   M .   W i e l i t z k a ,   T.   O r t ma i e r ,   a n d   A .   R a a t z ,   L i d a r - b a s e d   l o c a l i z a t i o n   f o r   f o r ma t i o n   c o n t r o l   o f   M u l t i - R o b o t   S y st e ms,”   i n   An n a l o f   S c i e n t i f i c   S o c i e t y   f o Assem b l y ,   H a n d l i n g   a n d   I n d u st r i a l   R o b o t i c 2 0 2 1 ,   C h a m:   S p r i n g e r   I n t e r n a t i o n a l   P u b l i s h i n g ,   2 0 2 2 ,   p p .   3 6 3 3 7 3 . .   [ 1 9 ]   A .   R a w a t   a n d   K .   K a r l a p a l e m,   M u l t i - r o b o t   f o r m a t i o n   c o n t r o l   u s i n g   r e i n f o r c e me n t   l e a r n i n g ,   a rX i v   p re p ri n t   a r Xi v : 2 0 0 1 . 0 4 5 2 7 2 0 2 0 .   [ 2 0 ]   C .   J i a n g ,   Z.   C h e n ,   a n d   Y .   G u o ,   M u l t i - r o b o t   f o r mat i o n   c o n t r o l :   a   c o mp a r i s o n   b e t w e e n   m o d e l - b a se d   a n d   l e a r n i n g - b a s e d   m e t h o d s ,   J o u rn a l   o f   C o n t ro l   a n d   D e c i si o n ,   v o l .   0 ,   n o .   0 ,   p p .   1 1 9 ,   2 0 1 9 ,   d o i :   1 0 . 1 0 8 0 / 2 3 3 0 7 7 0 6 . 2 0 1 9 . 1 6 9 7 9 7 0 .   [ 2 1 ]   R .   F a l c o n i ,   L.   S a b a t t i n i ,   C .   S e c c h i ,   C .   F a n t u z z i ,   a n d   C .   M e l c h i o r r i ,   g r a p h - b a s e d   c o l l i s i o n - f r e e   d i s t ri b u t e d   f o rm a t i o n   c o n t r o l   st ra t e g y ,   v o l .   4 4 ,   n o .   1   P A R 1 .   I F A C ,   2 0 1 1 .   [ 2 2 ]   B .   F a n ,   F o r mat i o n   c o n t r o l   a l g o r i t h m   f o r   m u l t i p l e   m o b i l e   r o b o t s   b a se d   o n   f u z z y   ma t h e ma t i c s,”   I n f o rm a t i c a ,   v o l .   4 8 ,   n o .   1 0 ,   p p .   51 6 4 ,   J u n .   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 3 1 4 4 9 / i n f . v 4 8 i 1 0 . 5 7 3 7 .   [ 2 3 ]   X .   L i ,   Y .   L i n ,   Z.   D u ,   M .   Li n ,   a n d   C .   W u ,   I n t e l l i g e n t   m u l t i     r o b o t   c o l l a b o r a t i v e   t r a n s p o r t   sy s t e m ,   U rb a n   L i f e l i n e ,   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / s 4 4 2 8 5 - 0 2 4 - 0 0 0 2 6 - z.   [ 2 4 ]   V .   K u mar,   C o n t r o l   o f   c l o se d - l o o p   d i f f e r e n t i a l   d r i v e   m o b i l e   r o b o t   u s i n g   f o r w a r d   a n d   r e v e r se   K i n e ma t i c s,”   2 0 2 0   T h i rd   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   S m a r t   S y st e m a n d   I n v e n t i v e   T e c h n o l o g y   ( I C S S I T ) ,   n o .   I c ssi t ,   p p .   4 3 0 4 3 3 ,   2 0 2 0 .   [ 2 5 ]   D .   Ze l a z o   a n d   S .   Z h a o ,   F o r ma t i o n   c o n t r o l   a n d   r i g i d i t y   t h e o r y .   2 0 1 9 .   [ 2 6 ]   T.   G o e l l e s,   B .   S c h l a g e r ,   a n d   S .   M u c k e n h u b e r ,   F a u l t   d e t e c t i o n ,   i so l a t i o n ,   i d e n t i f i c a t i o n   a n d   r e c o v e r y   ( F d i i r )   met h o d s   f o r   a u t o m o t i v e   p e r c e p t i o n   se n s o r i n c l u d i n g   a   d e t a i l e d   l i t e r a t u r e   s u r v e y   f o r   l i d a r ,   S e n s o rs  ( S w i t z e rl a n d ) ,   v o l .   2 0 ,   n o .   1 3 ,   p p .   1 2 1 ,   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / s2 0 1 3 3 6 6 2 .       B I O G RAP H I E S O F   AUTH O RS       Ahm e d   M .   Elsa y e d           Ah m e d   is  a   tea c h in g   a ss istan i n   t h e   M e c h a tro n ics   De p a rtme n a th e   Hig h e Tec h n o lo g ica I n stit u te  (HTI).   He   h o ld a   Ba c h e lo o S c ien c e   fr o m   HTI  a n d   a   m a ste r’s  d e g re e   fr o m   He lwa n   Un iv e rsity .   Cu rre n tl y ,   h e   is  p u rsu i n g   a   P h a t   Ain   S h a m Un iv e rsit y .   His  re se a rc h   i n tere sts  in c lu d e   ro b o ti c a n d   a rti f icia in telli g e n c e .   He   c a n   b e   c o n tac ted   a a h m e d . m o u sta fa @h ti . e d u . e g   o a . m . e lsa y e d 1 3 9 @g m a il . c o m .       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         Mo b ile  r o b o t rep la ce men t in   mu lti - r o b o t fa u lt - to lera n t fo r m a tio n   ( A h med   Mo u s ta fa   E ls a y ed )   319     Mo h a m e d   Elsh a l a k a n i            a ss istan p r o fe ss o a F a c u lt y   o En g in e e rin g ,   Ai n   S h a m s   Un iv e rsity .   Re se a rc h   in tere st  in c lu d e ro b o ti c a n d   m a c h in e   lea rn i n g .   He   c a n   b e   c o n tac ted   a t   m o m a r@e n g . a su . e d u . e g .         S h e r if  A li   H a m m a d            Eme rit u p r o fe ss o a M e c h a tr o n ics   En g i n e e rin g ,   Ai n   sh a m u n i v e rsity .   His   re se a rc h   i n tere st  is  in   a u t o m o ti v e   a n d   e m b e d d e d   sy ste m s.   He   c a n   b e   c o n tac ted   a sh e rif. h a m m a d @e n g . a su . e d u . e g .           S h a d y   Ah m e d   Ma g e d           re c e iv e d   h is  B. S c .   a n d   M . S c .   d e g re e in   M e c h a tro n ics   fro m   t h e   Ai n - S h a m U n iv e rsit y ,   Ca iro ,   Eg y p t   i n   2 0 1 0   a n d   2 0 1 3   re sp e c ti v e ly .   He   wo rk e d   a a   Re se a rc h   a n d   Lec tu re a ss istan a th e   Un iv e rsit y   fro m   2 0 1 0   ti ll   F e b ru a ry   2 0 1 4 .   In   F e b ru a ry   2 0 1 4 ,   h e   j o i n e d   E g y p t - Ja p a n   Un iv e rsity   f o S c ien c e   a n d   Tec h n o l o g y   a a   P h stu d e n t .   He   re c e iv e d   h is   P h D   in   M e c h a tr o n ic a n d   Ro b o ti c En g in e e rin g   in   2 0 1 7 .   I n   2 0 1 7   h e   jo in e d   th e   M e c h a tro n ics   En g in e e rin g   d e p a rt m e n a Ai n   S h a m U n iv e rsit y   t il l   n o w.   His  re se a rc h   i n tere sts  a re   a d v a n c e d   m o d e l - b a se d   a n d   in telli g e n c o n tro s y ste m s,  Au t o n o m o u sy ste m s,  sy ste m   d y n a m ics ,   r o b o ti c s.  He   c a n   b e   c o n tac ted   a sh a d y . m a g e d @e n g . a su . e d u . e g .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.