Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.18
no.4
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pp.191-196
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2015
In this paper, we present a path-smoothing algorithm for a robot arm manipulator that finds the path using a joint space-based rapidly-exploring random tree. Unlike other smoothing algorithms which require complex mathematical computation, the proposed path-smoothing algorithm is done using a Gaussian process. To find the optimal hyperparameters of the Gaussian process, we use differential evolution hybridized with opposition-based learning. The simulation result indicates that the Gaussian process whose hyperparameters were optimized by hybrid differential evolution successfully smoothed the path generated by the joint space-based rapidly-exploring random tree.
Purpose - Robot path planning, a constrained optimization problem, has been an active research area with many methods developed to tackle it. This study proposes the use of a Rapidly-exploring Random Tree and Particle Swarm Optimizer algorithm for path planning. Research design, data, and methodology - The grid method is built to describe the working space of the mobile robot, then the Rapidly-exploring Random Tree algorithm is applied to obtain the global navigation path and the Particle Swarm Optimizer algorithm is adopted to obtain the best path. Results - Computer experiment results demonstrate that this novel algorithm can rapidly plan an optimal path in a cluttered environment. Successful obstacle avoidance is achieved, the model is robust, and performs reliably. The effectiveness and efficiency of the proposed algorithm is demonstrated through simulation studies. Conclusions - The findings could provide insights to the validity and practicability of the method. This method makes it is easy to build a model and meet real-time demand for mobile robot navigation with a simple algorithm, which results in a certain practical value for distribution environments.
Various modified algorithms of rapidly-exploring random tree (RRT) have been previously proposed. However, compared to the RRT algorithm for collision avoidance with global and static obstacles, it is not easy to find a collision avoidance and local path re-planning algorithm for dynamic obstacles based on the RRT algorithm. In this study, we propose boundary-RRT*, a novel-algorithm that can be applied to aerial vehicles for collision avoidance and path re-planning in a three-dimensional environment. The algorithm not only bounds the configuration space, but it also includes an implicit bias for the bounded configuration space. Therefore, it can create a path with a natural curvature without defining a bias function. Furthermore, the exploring space is reduced to a half-torus by combining it with simple right-of-way rules. When defining the distance as a cost, the proposed algorithm through numerical analysis shows that the standard deviation (σ) approaches 0 as the number of samples per unit time increases and the length of epsilon ε (maximum length of an edge in the tree) decreases. This means that a stable waypoint list can be generated using the proposed algorithm. Therefore, by increasing real-time performance through simple calculation and the boundary of the configuration space, the algorithm proved to be suitable for collision avoidance of aerial vehicles and replanning of local paths.
KIPS Transactions on Software and Data Engineering
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v.2
no.12
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pp.829-840
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2013
This paper proposes a modified RRT (Rapidly exploring Random Tree) algorithm utilizing a heuristic input analysis and suggests a test case generation method from Simulink/Stateflow model using the proposed RRT algorithm. Though the typical RRT algorithm is an efficient method to solve the reachability problem to definitely be resolved for generating test cases of model in a black box manner, it has a drawback, an inefficiency of test case generation that comes from generating random inputs without considering the internal states and the test targets of model. The proposed test case generation method increases efficiency of test case generation by analyzing the test targets to be satisfied at the current state and heuristically deciding the inputs of model based on the analysis during expanding an RRT, while maintaining the merit of RRT algorithm. The proposed method is evaluated with the models of ECUs embedded in a commercial passenger's car. The performance is compared with that of the typical RRT algorithm.
This paper proposes the necessity of a walking period in footstep planning and details situations in which it should be considered. An optimization-based fast footstep planner that takes the walking period into consideration is also presented. This footstep planner comprises three stages. A binary search is first used to determine the walking period. The front stride, side stride, and walking direction are then determined using the modified rapidly-exploring random tree algorithm. Finally, particle swarm optimization (PSO) is performed to ensure feasibility without departing significantly from the results determined in the two stages. The parameters determined in the previous two stages are optimized together through the PSO. Fast footstep planning is essential for coping with dynamic obstacle environments; however, optimization techniques may require a large computation time. The two stages play an important role in limiting the search space in the PSO. This framework enables fast footstep planning without compromising on the benefits of a continuous optimization approach.
In this paper, we propose a cost-aware Rapidly-exploring Random Tree (RRT) path planning algorithm for mobile robots. A mobile robot is presented with a cost map of the field of interest and assigned to move from one location to another. As a robot moves, the robot is penalized by the cost at its current location according to the cost map. The overall cost of the robot is determined by the trajectory of the robot. The goal of the proposed cost-aware RRT algorithm is to find a trajectory with the minimal cost. The cost map of the field can represent environmental parameters, such as temperature, humidity, chemical concentration, wireless signal strength, and stealthiness. For example, if the cost map represents packet drop rates at different locations, the minimum cost path between two locations is the path with the best possible communication, which is desirable when a robot operates under the environment with weak wireless signals. The proposed cost-aware RRT algorithm extends the basic RRT algorithm by considering the cost map when extending a motion segment. We show that the proposed algorithm gives an outstanding performance compared to the basic RRT method. We also demonstrate that the use of rejection sampling can give better results through extensive simulation.
Kim, Dong-Hyung;Choi, Youn-Sung;Yan, Rui-Jun;Luo, Lu-Ping;Lee, Ji Yeong;Han, Chang-Soo
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.21
no.3
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pp.257-264
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2015
This paper proposes an adaptive RRT (Rapidly-exploring Random Tree) for path planning of high DOF multibody robotic system. For an efficient path planning in high-dimensional configuration space, the proposed algorithm adaptively selects the robot bodies depending on the complexity of path planning. Then, the RRT grows only using the DOFs corresponding with the selected bodies. Since the RRT is extended in the configuration space with adaptive dimensionality, the RRT can grow in the lower dimensional configuration space. Thus the adaptive RRT method executes a faster path planning and smaller DOF for a robot. We implement our algorithm for path planning of 19 DOF robot, AMIRO. The results from our simulations show that the adaptive RRT-based path planner is more efficient than the basic RRT-based path planner.
$RRT^*$ (Rapidly exploring Random $Tree^*$) based algorithms are widely used for path planning. Informed $RRT^*$ uses $RRT^*$ for generating an initial path and optimizes the path by limiting sampling regions to the area around the initial path. $RRT^*$ algorithms have several limitations such as slow convergence speed, large memory requirements, and difficulties in finding paths when narrow aisles or doors exist. In this paper, we propose an algorithm to deal with these problems. The proposed algorithm applies the image skeletonization to the gridmap image for generating an initial path. Because this initial path is close to the optimal cost path even in the complex environments, the cost can converge to the optimum more quickly in the proposed algorithm than in the conventional Informed $RRT^*$. Also, we can reduce the number of nodes and memory requirement. The performance of the proposed algorithm is verified by comparison with the conventional Informed $RRT^*$ and Informed $RRT^*$ using initial path generated by $A^*$.
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.15
no.4
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pp.424-434
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2012
This paper presents a path planning algorithm of the unmanned aerial vehicle for the neutralization of the enemy firepower. The long range firepower of the ememy is usually located at the rear side of the mountain which is difficult to bomb. The path planner not only consider the differential constraints of the Unmanned Aerial Vehicle (UAV) but also consider the final approaching angle constraint. This problem is easily solved by incorporating the analytical upper bounded continuous curvature path smoothing algorithm into the Rapidly Exploring Random Tree (RRT) planner. The proposed algorithm can build a feasible path satisfying the kinematic constraints of the UAV on the fly. In addition, the curvatures of the path are continuous over the whole path. Simulation results show that the proposed algorithm can generate a feasible path of the UAV for the bombing mission regardless of the posture of the tunnel.
Path planning is an important problem to solve in robotics and there has been many related studies so far. In the previous research, we proposed the Heterogeneous-Ants-Based Path Planner (HAB-PP) for the global path planning of mobile robots. The conventional path planners using grid map had discrete state transitions that constrain the only movement of an agent to multiples of 45 degrees. The HAB-PP provided the smoother path using the heterogeneous ants unlike the conventional path planners based on Ant Colony Optimization (ACO) algorithm. The planner, however, has the problem that the optimization of the path once found is fast but it takes a lot of time to find the first path to the goal point. Also, the HAB-PP often falls into a local optimum solution. To solve these problems, this paper proposes an improved ant-inspired path planner using the Rapidly-exploring Random Tree-star ($RRT^*$). The key ideas are to use $RRT^*$ as the characteristic of another heterogeneous ant and to share the information for the found path through the pheromone field. The comparative simulations with several scenarios verify the performance of the improved HAB-PP.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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