I nte rna t io na l J o urna l o f   Ro bo t ics a nd   Aut o m a t io n   ( I J RA )   Vo l.   5 ,   No .   3 Sep tem b er   201 6 ,   p p .   182 ~ 189   I SS N:  2089 - 4856           182       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s jo u r n a l.c o m/o n lin e/in d ex . p h p /I J RA   Lo ca l P a th  Planni ng  of Mo bile Rob o Using  Cri tical - PointBug   Alg o rith m  Avo idi ng  St a tic  O bs tacles       Aj o y   K u m a Dut t a Su bir K u m a De bn a t h Su bir K u m a Da s   De p a rt m e n o f   P r o d u c ti o n   E n g in e e rin g ,   Ja d a v p u Un iv e rsity ,   In d ia       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Ma y   2 7 ,   2 0 1 6   R ev i s ed   A u g   1 8 ,   2 0 1 6   A cc ep ted   A u g   31 ,   2 0 1 6       P a t h   p lan n in g   is   a n   e ss e n ti a tas k   f o th e   n a v ig a ti o n   o f   a u to n o m o u m o b il e   ro b o t.   T h is  is  o n e   o f   th e   b a sic   p ro b lem in   ro b o ti c s.  P a t h   p la n n i n g   a lg o rit h m s   a re   c la ss i f ied   a s   g lo b a o lo c a l,   d e p e n d in g   o n   th e   k n o w led g e   o s u rro u n d in g   e n v iro n m e n t.   In   lo c a p a th   p lan n in g ,   th e   e n v ir o n m e n is  u n k n o w n   to   t h e   ro b o t,   a n d   se n so rs  a re   u se d   to   d e t e c th e   o b sta c les   a n d   to   a v o i d   c o l l isio n .   Bu g   a lg o rit h m a re   o n e   o f   th e   f re q u e n tl y   u se d   p a th   p la n n i n g   a lg o rit h m w h e re   a   m o b il e   ro b o m o v e to   th e   targ e b y   d e tec ti n g   th e   n e a re st  o b sta c le  a n d   a v o id in g   it   w it h   li m it e d   in f o r m a ti o n   a b o u t h e   e n v iro n m e n t.   T h is  p ro p o se d   Crit ica l - P o i n tBu g   a lg o rit h m ,   is  a   n e Bu g   a lg o rit h m   f o p a th   p lan n i n g   o m o b il e   ro b o ts.   T h is  a lg o rit h m   tri e to   m in i m ize   tra v e rsa o f   o b sta c le  b o rd e r   b y   se a r c h in g   f e w   i m p o rtan p o i n ts  o n   t h e   b o u n d a ry   o f   o b sta c le   a re a   a a   ro tatio n   p o i n t o   g o a a n d   e n d   w it h   a   c o m p lete   p a t h   f ro m   so u rc e   to   g o a l.   K ey w o r d :   Au to n o m o u s   m o b ile  r obot   B u g   a l g o r ith m   P ath   p lan n i n g   Static  o b s tacle   a v o id an ce   Su b - g o al  p o in t   Co p y rig h ©   201 6   In s t it u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Su b ir   Ku m ar   Das ,   Dep ar t m en t o f   C o m p u ter   A p p licatio n ,     Asan s o l E n g in ee r i n g   C o lle g e,     Viv e k an a n d Sar an i,  Asan s o l,  B u r d w an ,   W est B en g al    7 1 3   3 0 5 ,   I n d ia   E m ail:  s u b ir k r d as @ g m a il.c o m       1.   I NT RO D UCT I O N   Au to n o m o u s   r o b o ts   cu r r en tl y   u s ed   in   th e   r ea w o r ld   h a v b ee n   o n o f   t h m aj o r   r esear ch   ar ea s   i n   r o b o tics   an d   ar tif icial  in tell ig e n ce .   On o f   t h m ai n   p r o b lem s   in   r o b o tics ,   ca lled   p ath   p lan n in g   o f   r o b o t,  is   to   f i n d   f r ee   p ath   clea r i n g   o b s ta cles  f o r   r o b o f r o m   its   s tar t i n g   p o s itio n   to   it s   d est in at io n .   Ob s tacle   a v o id an ce   is   th p r i m ar y   r eq u ir e m en f o r   an y   au to n o m o u s   m o b ile  r o b o w h ich   r eq u ir e s   in te g r atio n   an d   co o r d in atio n   o f   m an y   s e n s o r s   a n d   ac t u ato r s   [ 1 ] .   T h e   r o b o t a cq u ir es in f o r m at io n   ab o u its   s u r r o u n d i n g   th r o u g h   v ar io u s   s e n s o r s   m o u n ted   o n   t h r o b o t.  T h r esear ch   i n   th i s   f ield   ca n   b e   class i f ied   i n to   t w o   m aj o r   ar ea s t h g lo b al  p ath   p lan n i n g   an d   th lo ca m o tio n   p lan n i n g .   I n   g lo b al  p ath   p lan n in g ,   co o r d in ates  o f   t h s tar ti n g   p o in t,  d esti n atio n   p o in t,  an d   t h o b s tacle s   ar g iv e n   to   t h r o b o in   ad v an c e.   T h r o b o p ath   in   s u ch   a p p lica tio n s   ca n   b e   ca lcu lated   u s i n g   t h is   i n f o r m a tio n .   L o ca m o tio n   p la n n in g   m et h o d s   r eq u ir le s s   p r io r   k n o w led g e   ab o u t h e   en v ir o n m e n t.  T h r o b o is   d y n a m icall y   g u id ed   o n   t h b asis   o f   in f o r m a tio n   ab o u t h lo ca ll y   s e n s ed   o b s tacle s .   T h er ef o r th is   ap p r o ac h   is   m o r p r ac tical  f o r   m o b ile  r o b o ts   [ 1 ] .   I n   lo ca p lan n i n g ,   th e   p o s i tio n   o f   tar g et  p o i n f r o m   it s   cu r r en t p o s itio n   m u s b k n o w n   to   r o b o t to   en s u r th at  r o b o t c an   r ea ch   th d esti n ati o n   ac cu r atel y .     Sev er al  A l g o r ith m s   as  g i v en   b y   r esear ch er s   in cl u d B u g   A l g o r ith m s   [ 2 - 4 ] ,   E v o lu t io n ar y   A lg o r ith m s   lik   A r ti f icia B ee   C o lo n y   Op ti m izatio n   [ 5 ] ,   A n C o lo n y   Op ti m izat io n   an d   Sco u An A lg o r it h m   [ 6 , 7 ] ,   P ar ticle  S w ar m   Op ti m iza tio n   [ 8 , 9 ] ,   P o ten tial Fu n c tio n s   [ 1 0 - 1 4 ] ,   etc.     I n   th i s   p ap er ,   w p r o p o s p ath   p lan n i n g   a lg o r it h m   ca lle d   C r itical - P o in B u g ,   to   m a k e   th r o b o r ea ch   s p ec if ied   g o al  p o in f r o m   g i v en   s tar lo ca tio n   w it h   tar g et  to   m i n i m ize  th u s o f   o u ter   p er im eter   o f   an   o b s tacle .   T h is   alg o r ith m   tr ies  to   m i n i m ize  t h tr av e r s al  ti m a n d   p ath   o f   r o b o th an   P o in tB u A l g o r ith m   [ 4 ] .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ RA   I SS N:  2089 - 4856       Lo ca l P a th   P la n n in g   o f Mo b il R o b o t U s in g   C r itica l - P o in tB u g   A lg o r ith m   A vo i d in g   ( A jo K u ma r   Du tta )   183   2.   L O CAL P A T H   P L AN NIN G   AND  B UG   AL G O R I T H M   I n   lo ca P ath   P lan n i n g ,   th ar ea   n ea r b y   th r o b o is   u n k n o w n ,   o r   o n l y   m o d er atel y   k n o wn .   S en s o r s   ar e   u s ed   to   d etec th e   o b s tacl es  an d   a   co llis io n   a v o id an ce   s y s te m   m u s t   b i n teg r ated   i n to   th r o b o to   av o id   th o b s tacle s .   T h g o al  w h er e   th r o b o t s h o u ld   r ea c h   i s   k n o w n ,   b u t t h s h ap e   an d   th e   p o s i tio n   o f   t h o b s tacle s   ar in d ef i n ite .   T h d ir ec tio n a l   an g le  to   t h g o al  o r   d esti n ati o n   p o in o f   r o b o ( t)   ( 0 ( t) 2 )   i s   d ete r m in ed .   T h er m a y   b m a n y   o b s tacle s   o n   th p lan a n d   th o n l y   o b j ec tiv is   to   n av ig ate  t h a u to n o m o u s   m o b ile  r o b o t   to   th d est in at io n   a v o id in g   t h o s o b s tacle s .   T o   f in d   o u t h b est  p o s s ib le  p at h   t h f o ll o w i n g   n a v i g atio n   la w   is   u s ed   [ 1 - 15]   ̇ ( t) -   ( t) -   * ( t) ]   h er e,   ( t)   is   cu r r en d ir ec t io n al  an g le  o f   r o b o t,   * ( t)   is   d esira b le  d ir ec tio n   an g le,     i s   p o s itiv co n s ta n t.   Sev er al  ap p r o ac h es  h av b ee n   p r o p o s ed   in   th li ter atu r in   t h p ast  to   s o l v t h p ath   p lan n i n g   p r o b lem   i n   a n   u n k n o w n   r e g io n .   O n o f   th w id el y   u s ed   s c h e m es  th at   ex te n s iv e l y   d i s cu s s e d   in   t h liter at u r i s   B u g   alg o r it h m s ,   th e   s e n s o r - b ased   p ath   p lan n i n g   ap p r o ac h .   T w o   alg o r ith m s   n a m el y   B u g 1   an d   B u g 2   w er e   p r o p o s ed   b y   L u m els k y   et  al   [ 3 ] .   T h is   alg o r ith m   o p er ates  s w itc h in g   b et w ee n   t w o   s i m p l b eh av io r s ( i)   th e   m o v e m e n to w ar d s   t h g o al  an d   ( ii)  th m o v e m en ar o u n d   an   o b s tacle .   Sev er al  v er s io n s   o f   B u g   alg o r it h m s   h av b ee n   p r o p o s ed   s in ce   th e n .   T h m o s co m m o n l y   u s ed   an d   r ef er r ed   in   m o b ile  r o b o p ath   p lan n in g   ar e   B u g 1   an d   B u g 2 ,   Vi s B u g ,   Dis t B u g   a n d   T an g en tB u g .   Oth e r s   b u g   al g o r ith m s   ar A l g 1   an d   A l g 2   C lass ,   R e v   an d   R ev 2 ,   On eB u g   a n d   L ea v eB u g   [ 4 ] .     L u m e ls k y   a n d   Sk e w i s   p r o p o s e d   an   im p r o v e m e n in   t h B u g 2   w ith   t h Vis B u g   in co r p o r atin g   r an g e   s en s o r ,   w h ic h   is   a n   en h a n ce m en to   th e   co n d itio n   t h at  th r o b o u s es   to   s to p   co n to u r i n g   an   o b s tacle   a n d   r esu m t h m o v e m e n to   th e   g o al,   th e   s o   ca l led   leav in g   co n d itio n .   Su c h   i m p r o v e m e n g e n er ates  s h o r c u t s   i n   th p ath   [ 2 ] .     Ka m o n   a n d   R i v li n   cr ea ted   th Dis tB u g   w h ich   i s   ch ar ac ter i ze d   b y   an o t h er   alter atio n   i n   t h leav in g   co n d itio n .   Un d er   ce r tain   s p ec ial  co n d itio n s   t h co n v er g e n c o f   th Dis tB u g   ca n   b p r o v ed .   T h Dis tB u g   alg o r ith m   in co r p o r ate s ,   b asic all y ,   t w o   co n tr ib u tio n s   i n   r el atio n   to   th e   ea r lier   al g o r ith m s ( i)   a   r o u ti n t h at   k ee p s   t h co m p u tatio n   co s i n   r an g b u o f f er s   m o r a g g r ess iv e   leav in g   co n d itio n   a n d   ( ii)  m et h o d   to   d eter m in w h ic h   s id o f   t h o b s tacle   s h o u ld   b co n - to u r ed .   I t r e q u ir es its   o w n   p o s itio n   b y   ap p ly i n g   o d o m etr y ,   d esti n atio n   an d   s en s o r   d ata.   T o   en s u r e   co n v er g en ce   to   th g o al,   th Dis tB u g   al g o r ith m   n e ed s   litt le  am o u n t   o f   g lo b al  in f o r m atio n   f o r   m o d if y i n g   d m in   ( d is ta n ce   f r o m   r o b o to   d esti n atio n )   an d   f o r   d eter m in i n g   th at   t h e   r o b o t   f in i s h ed   lo o p   a r o u n d   an   o b s tacle .   T h v alu o f   d m in   ca n   b ex tr ac ted   d ir ec t l y   f r o m   t h v is u a l   in f o r m atio n .   T h is   co n v er g e n c u s in g   u p d ati n g   d m in   v al u m ak es  p r o b lem   i n   d eter m in in g   ac cu r ac y   b ec au s t h e   v alu o f   d m i n   is   ta k en   d ir ec t ly   f r o m   u s er .   T h T an g en tB u g   i m p r o v e s   t h Dis tB u g   a n d   B u g 2   al g o r ith m   b y   i n te g r ati n g   r a n g s en s o r s   f r o m   ze r o   to   in f i n it y   to   d etec o b s tacle s .   R o b o w ill  s tar m o v i n g   ar o u n d   th o b s tacle   o n   d etec tio n   o f   an   o b s tacle   an d   as  s o o n   as  it  clea r s   t h o b s tacle   w il co n ti n u m o tio n   to w ar d   t ar g et  p o in t.  Du r i n g   f o llo w i n g   b o u n d ar y ,   it  r ec o r d s   th m i n i m al  d is ta n ce   to   tar g et  d m in   w h ich   d eter m i n es  o b s tacle   leav i n g   a n d   r ea ch i n g   c o n d itio n .   T h r o b o t   co n s tr u ct s   lo ca ta n g en g r a p h   ( L T G)   b ased   o n   its   s e n s o r s   i m m ed iate  r ea d in g s .   T o   d ec i d th n e x m o tio n   r o b o t   co n tin u o u s l y   m o d i f ied   L T an d   u s e   it .   T h d is ad v an tag o f   t h is   al g o r ith m   is   co m p lete   360 0   s ca n   is   r eq u ir ed   b y   r o b o in   m a k in g   d ec is io n   to   m o v to   th n ex t ta r g et.   An o th er   v ar iatio n   o f   B u g   al g o r ith m   is   P o in tB u g   alg o r it h m   [ 4 ]   w h ic h   i m p r o v es  t h T an g e n tB u g   alg o r ith m .   T h is   alg o r it h m   tr ie s   to   m i n i m ize  m o v i n g   ar o u n d   o f   a n   o b s tacle   ( o b s tacle   b o r d er )   b y   co n s id er i n g   p o in ts   o n   t h o u ter   p er i m eter   o f   o b s tacle   ar ea   as  r o tatin g   p o s itio n   to   g o al   an d   f in al l y   cr ea t a n   en tire   p at h   f r o m   s o u r ce   to   o b j ec tiv e.   T h m ai n   id ea   i s   f e w er   u s o f   o u te r   p er im e ter   o f   o b s tac le  ar ea   m in i m izes   to tal  p at h   len g th   ta k en   b y   m o b ile  r o b o t.  A s   r o b o c o n s id er s   h er th r ig h m o s s u d d en   p o in f ir s t,  s o   th is   alg o r ith m   m a y   ta k f e w   ex tr a   ti m es   if   m o r e   th a n   o n s u d d en   p o in t   ex is t s   i n   an   o b s tacle .   Fi g .   1   s h o w s   t h d i f f er e n t   tr aj ec to r ies g en er ated   b y   B u g 2 ,   Vis B u g ,   Di s tB u g ,   T an g en tB u g   a n d   P o in t B u g .             Fig u r e   1 T r aj ec t o r ies Fo r m ed   b y   d i f f er en t B u g   A l g o r ith m   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4856   IJ RA    Vo l.   5 ,   No .   3 Sep tem b er   201 6 :   1 8 2     1 8 9   184   3.     CRIT I CA L - P O I NT B U G   A L G O R I T H M   T h is   alg o r ith m   h e lp s   to   n av i g ate  r o b o in   p lan f illed   w it h   s ta tic  o b s tacle s   o f   u n k n o w n   s h ap e,   s ize  an d   lo ca tio n .   T h r o b o t   u s es  r an g s e n s o r   to   d etec t   ab r u p ch an g i n   d is tan ce   to   d etec o b s tacle   p o s itio n s .     Dep en d in g   o n   t h o b s tacle   p o s itio n s   it  ca lc u lat e s   an d   d eter m i n es  t h n ex p o in to   m o v f r o m   c u r r en p o in t   to   r ea ch   th tar g et.   W co n s id er   p o s s ib ly   u n b o u n d ed   s p ac   R 2   w h ich   i s   o cc u p ied   b y   s e o f   b o u n d ed   s tatic  o b s tacle s   O   {O 1 ,O 2 ,   .   .   . , O K }.   W co n s id er   w h ee le d   r o b o w h ic h   is   eq u ip p ed   w it h   s e n s o r s   to   d etec t   o b s tacle s .   T h r o b o h as  its   i n itial  co o r d in ates  w it h   r ef er e n ce   to   g lo b al  f r a m o f   r ef e r en ce .   W s o lv th e   p r o b lem   in   t h co n f i g u r at io n   s p ac w h er t h r o b o t is r ep r es en ted   as a   p o in t.    B ef o r p r o ce ed in g   to   t h d e s cr ip tio n   o f   t h al g o r i th m s ,   w e   m a k e   s o m e   n ec ess ar y   a n d   u s e f u l   ass u m p tio n s   a n d   d ef in i tio n s   f o r   th is   al g o r ith m .     3. 1 .   Ass u m ptio ns   A 1 .   Her e,   th R o b o t is co n s id er ed   as P o in t Ro b o t   A 2 .   W o r ld   c o - o r d in ate  s y s te m   is   u s ed   A 3 .   A ll p o in ts   ( in c lu d i n g   s o u r ce   a n d   d esti n at io n )   ar in   f ir s t q u a d r an t   A 4 .   T h v elo cit y   an d   a n g u lar   v elo cit y   is   co n s ta n t i n   ev er y   m o v e m en t a n d   r o tatio n   r esp ec tiv e l y   A 5 .   Su r f ac is   s m o o th   a n d   in   s a m e   altitu d e   A 6 .   A ll t h o b s tacle s   ar s ta tio n ar y   an d   o f   a n y   s h ap e   an d   s ize   A 7 .   T h m o b ile  r o b o t m o v es i n   t w o - d i m e n s io n al  s p ac e     3 . 2 .   Su b G o a l P o int  a nd   Crit ica l P o int       T h m as s iv e   ch a n g o f   d is ta n ce   r ea d in g   f r o m   r an g s e n s o r   o u tp u ei th er   i n   i n cr ea s i n g   o r   d ec r ea s in g   m o d i s   co n s id er ed   f o r   f in d i n g   S u b   g o al  p o in t .   I ca n   b f r o m   i n f in i t y   to   d ef i n ite  v al u o r   d ef in ite  v al u to   in f in it y   o r   d ef in i te  v a l u to   d ef in ite  v a lu w h er th d if f er en ce   v a lu e,   Δ d   is   d ef i n ed .   A n y   r ea d in g   f r o m   r an g e   s e n s o r   f r o m   in ter v al  t i m e,   t n   to   t n + 1   w h ic h   d etec t s   t h is   m as s i v c h an g in   r an g i s   co n s id er ed   a s   S u b   g o al  P o in t.   T h r o b o m a y   s ca n   th e   s u r r o u n d i n g s   b y   r an g s e n s o r   f r o m   0 0   to   3 6 0 0 .   T h in itiall y   th e   r o b o f ac ed   s tr aig h t to w ar d s   g o al  p o in t a n d   th en   it s tar ts   s ca n n in g   f o r   s u b   g o al  p o in t.   A   s u b   g o al  p o in ch o s e n   b y   t h r o b o f o r   n ex p o in to   m o v is   C r itica p o in t.  Gen er all y   th is   p o in t   h as t h lo w est d is ta n ce   f r o m   d est in a tio n   w it h i n   t h s et  o f   s u b   g o al  an d   is   n o t tr a v er s ed   y et.   W co n s id er ,   T=   {( x 1 ,y 1 ) , ( x 2 ,y 2 ) , . . . , ( x i ,y i ) as  s et  of   p o in t s   tr av er s ed   b y   th r o b o w h er ( x i , y i )   r ep r esen ts   t h co o r d in ate   v alu e s   SG=   {( α a ,d a ) ,   ( α b ,d b ) , . . . . , (   α k ,d k ) as  s et  o f   n e x s u b   g o al  p o in ts   d etec ted   b y   t h s e n s o r   w h er α   an d   d   r ep r esen ts   th a n g les  &   d is ta n ce s   o f   s u b   g o als  f r o m   t h r o b o t r esp ec tiv el y   D=   {( ( x i ,y i ) , δ i ) , …. . , ( ( x j ,y j ) , δ j ) }   as a   s et  o f   s u b   g o al  p o in ts   a n d   d is tan ce   f r o m   d esti n atio n   o f   t h at  p o in t   Her d m in   is   t h d is ta n ce   f r o m   th r o b o t to   tar g et  p o in t a n d     is   th d ir ec tio n   o f   th s a m e.         Fig u r e   2 .   Ob s tacle s   d etec ted   b y   R a n g s en s o r ( R )       T h alg o r ith m   i s   as  f o llo w s :   1.   R o b o t Star t   2.   T ak in p u t   o f   t h p o s itio n   co - o r d in ates o f   s o u r ce   a n d   d esti n atio n   3.   C alcu late  th d is tan ce   a n d   d ir ec tio n   f r o m   s o u r ce   to   d esti n a tio n   d m in   a n d     r esp ec ti v el y   4.   W HI L E   n o t D esti n atio n   5.   I F o b s tacle   in   d ir ec tio n   6.   Fin d   o u t t h s u b   g o al  p o in ts   u s in g   d i s tan ce   a n d   an g le  o f   r o tat io n   r eq u ir ed   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ RA   I SS N:  2089 - 4856       Lo ca l P a th   P la n n in g   o f Mo b il R o b o t U s in g   C r itica l - P o in tB u g   A lg o r ith m   A vo i d in g   ( A jo K u ma r   Du tta )   1 85   7.   C alcu late   th co o r d in ate s     o f   s u b   g o als  f r o m   SG a n d   s av i t i n   s et  D   8.   C al cu late   d is ta n ce   o f   ea ch   s u b   g o al  an d   s av i t in   s e t D   9.   Select   th co o r d in ate  h a v i n g   t h lo w e s t d is ta n ce   10.   I F th p o in t e x is t s   in   T r av er s p o in t set T   11.   Dis ca r d   th p o in t   12.   Select  th n ex t lo w e s t d is ta n ce   f r o m   D   13.   Fo llo w   s tep   7   14.   E L SE  Sa v t h co o r d in ate  in   t r av er s p o in t set T   15.   C alcu late   an g le  o f   r o tatio n   16.   Mo v to w ar d s   s u b   g o al   17.   Get  d ir ec tio n     18.   E L SE    19.   C alcu late   th co o r d in ate  at  r ad iu s   to w ar d s   t h d ir ec tio n     20.   Sav t h co o r d in ate  in   T   21.   Mo v u p   to   r ad iu s   o f   v is io n   to w ar d s   d ir ec tio n     22.   E ND  I F   23.   E ND  W HI L E   24.   R o b o Sto p     Fig u r e   2 .   S h o w s   h o w   r a n g e   s e n s o r   s ca n n in g   o b s tacle s   w i th   i ts   m a x i m u m   r ad iu s .   T h c ir cle  is   th e   s ca n n ed   ar ea   at  an y   p o in o f   ti m e.   O 1 O 2 ,   O 3 ,   O 4 ,   O 5   ar th o b s tacle s .   T h in   b lack   lin s h o w s   t h ex i s te n ce   o f   o b s tacle s   d etec ted   b y   t h s en s o r   w ith in   it s   r ad iu s .   T h e n d   p o in ts   o f   t h ea ch   b lac k   lin ca n   b tr ea ted   as  s u b   g o al  p o in ts   w it h   d is ta n ce   an d   s en s o r   an g le.       3 . 3 .   Crit ica l - P o intbug   Alg o rit h m   Ana ly s is   L et  u s   co n s id er   m o b ile  r o b o as  s h o w n   in   F ig u r e   5 ,   w it h   it s   s tar ti n g   p o s itio n   ( x 0 ,y 0 ) .     T h f o r m u latio n   co n s id er s   e v alu a ti o n   o f   n e x o b s tacle   f r ee   co - o r d in ate  p o s itio n   o f   t h r o b o t.  T h r o b o k n o w s   it s   g o al  p o s itio n .   Du r i n g   its   m o ti o n   at  an y   i n s tan ce   o f   ti m e:   L et,   (x i ,y i   T h cu r r en t p o s itio n   o f   th r o b o t   (x i+ 1 ,y i+ 1   T h n ex p o s s ib le  p o s itio n   to   m o v b y   t h r o b o t   α  An g le  w h er s u b   g o al  p o in is   d etec ted   b y   s e n s o r   β    R o b o r o tatio n   an g le  w i th   r esp ec to   th lin p ar allel  to   x - ax is   an d   p ass i n g   th r o u g h   ( x i ,y i )   b ef o r e   m o v e m e n t   θ    A n g le  g e n er ated   b y   β  w it h   r esp ec t to   th lin p ar allel  to   x - a x i s   f o r   s u b   g o a l p o in t c o o r d in ates c alc u latio n   d k     Dis ta n ce   o f   s u b   g o al  p o in t f r o m   c u r r en t lo ca tio n     Velo cit y   o f   t h r o b o t       A n g u lar   v elo cit y   o f   t h r o b o t   Fo u r   k in d s   o f   m o v e m e n ar p o s s ib le  f o r   th r o b o t.   T h ese  ar e:  1 .   L ef t   UP ,   2 .   R ig h t   UP ,   3 .   L ef t   Do w n ,   4   R ig h Do w n .   Dep en d in g   u p o n   s u b   g o al  e ac h   f o u r   m o v e m en ca n   m ak e   r o tatio n   o f   r o b o t.  T h is   r o tatio n   f o r   n ex t p o s s ib le  m o v e m en ca n   b class if ied   in to   f o u r   s u b   k in d   w h ic h   ca n   b d escr ib ed   p icto r iall y   Fig u r e   3   r ep r esen ts   th v ar io u s   t y p e s   o f   m o v e m en a n d   F ig u r e   4   s h o w s   h o w   r o b o is   g en er ati n g   p o s s ib le  n ex t p o s it io n   f r o m   cu r r en t p o s itio n .   Nex t p o in w ill  b d ec id ed   f r o m   s u b   g o al  p o in t c alcu latio n .   Su b   g o al  P o in t Co o r d in ate  C a l cu latio n :   β i ( α   i - 1 ) %3 6 0   w h er %‟   i s   m o d u lo   o p er ato r     C ase  1 : β<= 9 0     θ = β     x s = 1 , y s =1     C ase  2 : 9 0 β≤1 8 0     θ  1 8 0 0 - β     x s = - 1 , y s =1     C ase  3 : 1 8 0 β≤2 7 0     θ = β - 180 0     x s = - 1 , y s = - 1   C ase  4 : 2 7 0 β≤3 6 0     θ  3 6 0 0 - β   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4856   IJ RA    Vo l.   5 ,   No .   3 Sep tem b er   201 6 :   1 8 2     1 8 9   186     x s =1 , y s = - 1   x i +1   =   x i + d k co s θ( x s )   y i+ y i +d k s in θ( y s )   x s   an d   y s   ar th s i g n   f ac to r s   u s ed   in   d eter m i n atio n   o f   th co o r d in ates           Fig u r e   3 .   Dif f er en k in d s   o f   r o b o t m o v e m e n t s   an d   r o tatio n             Fig u r e   4 .   C u r r en t a n d   n e x t p o s itio n   o f   t h r o b o t   Fig u r e   5 .   T r aj ec t o r y   o f   r o b o t u s i n g   C r itical - P o in tB u g   A l g o r ith m       Fig u r e   s h o w s   h o w   r o b o t c an   r ea ch   to   it s   d est in atio n .   Fro m   s o u r ce   p o in t   it  g et s   t w o   s u b   g o al  p o in t   &   B .   I t se lects   A   a s   C r itical   P o in t ( A s   th e   d is ta n ce   f r o m   is   lo w er   th a n   B ) .   Nex t   it  s elec ts   C   f r o m   n e x s u b   g o als C   &   f o r   th s a m r ea s o n .   I n   th i s   w a y   i t r ea ch es  E ,   F,   G,   an d   f in a ll y   d es tin at io n .     P ath : so u r ce A C E F G H d esti n atio n   Fig u r e   6   s h o w s   C r it ical - P o in tB u g   a lg o r it h m   ca n   b u s ed   to   h a n d le  lo ca m i n i m p r o b le m .   T h r h o m b u s   m ar k s   s h o w s   s u b   g o al  p o in ts   th e   r o b o s ca n n ed .   I ch o o s es  t h p o i n i   as  t h d i s ta n ce   i s   le s s   t h a n   t h e   d is tan ce   o f   j   f r o m   d esti n atio n .   T h en   it f o llo w s   t h p r o ce s s   as  d escr ib ed   b ef o r e.           Fig u r e   6 .   C r itical - P o in tB u g   Al g o r ith m   s o l v in g   t h L o ca l M in i m P r o b lem   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ RA   I SS N:  2089 - 4856       Lo ca l P a th   P la n n in g   o f Mo b il R o b o t U s in g   C r itica l - P o in tB u g   A lg o r ith m   A vo i d in g   ( A jo K u ma r   Du tta )   187   3 . 4 .   T o t a l Ti m And P a t h L e ng t h Ca lcula t io n   Du r in g   ea c h   m o v e m e n t E u clid ian   d is ta n ce   tr av er s ed   b y   t h r o b o t is f r o m   ( x i ,y i )   to   ( x i +1 ,y i +1 )   is                                                           I f   th r o b o t ta k es n   i n ter v als to   r ea ch   its   d esti n atio n   to tal  p at h ,   P   co v er ed   in   n   in ter v al s   is :                         I n   t h is   w h o le  p at h   p la n n i n g   p r o ce s s   o th er   t h an   r a n g s e n s o r   s ca n n i n g ,   co o r d in ate  ca lc u latio n   an d   ta k i n g   d ec is io n   w h er to   m o v e,   r o b o m ai n l y   ta k es  f o r   t w o   p u r p o s es.  1 .   T im ta k e n   to   m o v f r o m   c u r r en p o in t   to   n ex t p o in t a n d   2 . T im ta k en   to   r o tate  th r o b o t f o r   p r o p e r   ali g n m e n t b ef o r leav i n g   f o r   n e x t p o in t.   1.   T im ta k en   i n   m o v i n g :   I f   d i   an d   v i   ar th d is ta n ce   co v er ed   an d   v elo c it y   at  it h   i n ter v al  th e n   t h ti m tak e n   d u r i n g   ith   m o v e m en i s               T o tal  tim tak e n   i n   m o v i n g   i s :                               2.   T im ta k en   i n   r o tatin g   t h r o b o t a t e ac h   in ter v al :   I f   i   i s   th d etec tio n   an g le  o f   cr itical  p o in an d   i   is   th a n g u lar   v elo cit y   t h en   t i m ta k e n   f o r   r o tatio n   at  it h   in ter v a l is            T o tal  ti m tak e n   i n   r o tatio n   is :                           T h er ef o r th co s t f u n ctio n   w i ll b s u m   o f   ti m tak e n   i n   b o th   ca s es i. e.   m o v i n g   ti m an d   r o tatio n   ti m e:                                                                                                     Fig u r e   7 .   P ath   Gen er ated   b y   T ab g en tB u g ,   P o in tB u g     an d   C r itical - P o in tB u g   alg o r it h m   w it h   r ef er e n ce   to   liter atu r [ 4 ]     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4856   IJ RA    Vo l.   5 ,   No .   3 Sep tem b er   201 6 :   1 8 2     1 8 9   188   4.   SI M UL AT I O A ND  RE SU L T S   T h s i m u la tio n   o f   C r i tical - P o in b u g   alg o r it h m   i s   ca r r ied   o u u s in g   A d o b Flas h .   T h alg o r ith m   is   s i m u lated   o n   e n v ir o n m en t   w i th   lo ca l   m in i m a,   o f f ice  l ik e   en v ir o n m e n t   A   a n d   o f f ice   li k e n v ir o n m e n t   B .   Fig u r es  p r ese n ted   h er m a k es   co m p ar is o n s   b et w ee n   t h p at h s   g e n er ated   b y   t h C r itica l - P o in tB u g   al g o r ith m s   an d   o th er   w e ll k n o w n   B u g   al g o r ith m s ,   w ith   t h i n te n tio n   to   an al y ze   t h eir   s i m i lar it y .     T h T r a j ec to r ies  p r o d u ce d   C r itical - P o in a n d   o th er   al g o r ith m s   ar p lo tted   in   d i f f er e n co lo r s .   T h e   s u b   g o al  an d   cr it ical  p o in t s   ar also   p lo tted   u s i n g   s p ec i f i s y m b o ls   a n d   co lo r s .   Fi g .   7   s h o w s   o f f ice  lik e   en v ir o n m e n t   A   w i th   d if f er e n tr aj ec to r ies  ap p ly i n g   C r it ical - P o in an d   o t h er   b u g   al g o r it h m s .   T o   co m p lete   th i s   s i m u lat io n   r ef er e n ce   is   ta k en   f r o m   li ter atu r [ 4 ]   Fig u r e   8   p r es en t s   a n   o f f ice   li k en v ir o n m en t   B .   A ll  t h o b s t ac les  i n   t h r o o m ,   s u c h   as   ch a ir s ,   d esk s   an d   w al ls ,   w er r ep r esen ted   in   eith er   r ec tan g le  o r   s q u ar s h a p e.     T h is   alg o r ith m   s o m ti m m a y   g e n er ate  lo n g   p ath   co m p a r ed   to   o th er   ex is ti n g   p at h .   I n   Fig .   5   r o b o t   ch o o s es  t h s u b   g o al  A   &   g e n er ates  t h tr aj ec to r y   as  s h o wn   in   t h f i g u r e.   C h o o s in g   s u b   g o al  B   as  cr itical  p o in m a y   g e n er ate  a   p ath   o f   co m p ar ativ el y   s h o r ter   len g t h .   B u d u e   to   lac k   o f   f u ll  i n f o r m atio n   ab o u t h e   en v ir o n m e n t it  c h o o s es  A .           Fig u r e   8 .   T r aj ec t o r y   g e n er ated   b y   C r itical - P o in tB u g   alg o r it h m   in   o f f ice  lik e n v ir o n m en B       5.   CO NCLU SI O NS A ND  F UT URE WO RK   W p r esen ted   s i m p le  s e n s o r - b ased   p ath   p lan n in g   al g o r ith m   to   m ak r o b o r ea ch   s p ec if ied   d esti n atio n   f r o m   g iv e n   s tar t   lo ca tio n ,   in   r eg io n   o cc u p ie d   b y   u n k n o w n   o b s tacle s .   I n   t h is   p ap er   o th er   p ath   p lan n i n g   alg o r it h m s   ar s tu d i ed   an d   th C r i tical - P o in tB u g   alg o r ith m   i s   p r esen ted .   T h is   s en s o r   b ased   p ath   p lan n i n g   alg o r it h m   w o r k s   w it h o u t a n y   g lo b al  d ata.     T h er m a y   n o t   b d if f er e n ce   in   ti m i f   en v ir o n m e n w it h   le s s   co m p le x it y ,   p r ec is el y ,   w it h   f e o b s tacle s   an d   n o m a n y   b if u r ca tio n s .   T h al g o r ith m   co n s i d er s   o n l y   t h o s o b s tacle s   v e r tices  t h at  g en er at e   co llis io n s .   Am o n g s th ad v an ta g es  o f   th C r itical - P o in t B u g   a lg o r it h m s   w h e n   co m p ar ed   to   th o th er   m et h o d s   ar e:  ( i)   little   iter atio n   r eq u ir ed   to   fi n d   t h g o al.   ( ii)  T h er is   n o   n ee d   to   h av e   k n o w led g ab o u t   t h en v ir o n m e n t.  ( ii i)   O n l y   t h o s e   o b s tacle s   w i ll  b p r o ce s s ed   f o r   ca lcu lati n g   s u b   g o al  an d   c r itical  p o in t,  w h ic h   m a y   p r o d u ce   co llis io n .   ( iv )   T h c o o r d in ate  p o in ts   ca n   ea s il y   b ca lcu lated .   T h alg o r ith m   i s   n o d es ig n ed   to   o p er ate  in   d y n a m ical  e n v ir o n m e n ts ,   w h e r t h e   o b s tacle s   ch an g its   p o s itio n   d u r i n g   th e   r o b o m o v e m en t.   F u t u r w o r k   i n cl u d es  b o th   th eo r etica s t u d ies  a n d   p r ac tical   w o r k   i n   t h i s   p ar ti cu lar   ar ea .       RE F E R E NC E S   [1 ]   R.   A b i y e v ,   D.  Ib ra h im ,   B.   Eri n .   Na v ig a t io n   o mo b il e   ro b o ts  i n   t h e   p re se n c e   o o b st a c les Ad v a n c e in   E n g i n e e rin g   S o ft w a re .   2 0 1 0 4 1 : 1 1 7 9 1 1 8 6 .   [2 ]   Rica rd o   A .   L a n g e r,   Lea n d ro   S .   C o e lh o   a n d   G u sta v o   H.  C.   Oliv e ira  K - Bu g ,   A   n e b u g   a p p ro a c h   f o mo b il e   r o b o t ' s   p a t h   p la n n in g .   1 6 th   IEE In ter n a ti o n a C o n fer e n c e   o n   Co n tro Ap p li c a ti o n Pa rt  o IEE M u lt i - c o n fer e n c e   o n   S y ste ms   a n d   Co n tro S i n g a p o re .   2 0 0 7 ;M o C 0 3 . 2 : 4 0 3 - 4 0 8   [3 ]   K.R.   G u ru p ra sa d   Eg re ss Bu g Rea T ime   Pa th   Pl a n n i n g   Al g o rit h fo a   M o b il e   Ro b o i n   a n   Un k n o w n   En v iro n me n t.   P . S .   T h il a g a m   e a l.   (Ed s.):   ADCONS   2 0 1 1 2 0 1 2 ;   L NCS   7 1 3 5 : 2 2 8 2 3 6 .     [4 ]   Bu n iy a m in   N.,   W a n   Ng a h   W . A . J.,   S a ri ff   N.,   M o h a m a d   Z.   S imp le  L o c a P a th   Pl a n n in g   Al g o rit h fo r   Au to n o m o u M o b il e   Ro b o ts.   In ter n a ti o n a jo u rn a o sy ste ms   a p p li c a ti o n s,  e n g i n e e rin g   &   d e v e lo p me n t .   2 0 1 1 ;   5( 2 ):   151 - 1 5 9   [5 ]   P re e th a   Bh a tt a c h a rjee ,   P ra ty u sh a   Ra k sh it ,   In d ra n G o s w a m i   (Ch a k ra b o rty ),   Am it   Ko n a r,   A tu ly a   K.  Na g a M u lt i - Ro b o P a th - Pl a n n i n g   Us i n g   Arti f icia Bee   Co l o n y   Op ti miza ti o n   A lg o rit h m T h ird   W o rl d   Co n g re ss   o n   N a tu re   a n d   Bi o lo g ica ll y   In sp ire d   Co m p u t in g .   2 0 1 1 ;   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ RA   I SS N:  2089 - 4856       Lo ca l P a th   P la n n in g   o f Mo b il R o b o t U s in g   C r itica l - P o in tB u g   A lg o r ith m   A vo i d in g   ( A jo K u ma r   Du tta )   189   [6 ]   Qin g b a o   Zh u ,   Ju n   Hu ,   W e n b in   Ca i,   L a rr y   He n sc h e n .   n e ro b o n a v ig a ti o n   a l g o rit h fo d y n a mic   u n k n o w n   e n v iro n me n ts  b a se d   o n   d y n a mi c   p a th   re - c o mp u t a ti o n   a n d   a n   imp ro v e d   sc o u a n a l g o ri th m .   A p p li e d   S o ft   Co mp u t in g .   2 0 1 1 ; 11 :   4 6 6 7 4 6 7 6   [7 ]   A lp a   Re sh a m wa la,  De e p ik a   P   Vi n c h u rk a r .   Ro b o Pa t h   Pl a n n in g   u sin g   A n   An Co l o n y   Op t imiza ti o n   Ap p ro a c h A   S u rv e y .   ( IJ AR AI)   In ter n a t io n a J o u rn a l   o f   Ad v a n c e d   Res e a rc h   i n   Ar ti fi c ia I n telli g e n c e .   2 0 1 3 ; 2 ( 3 ):   6 5     7 1     [8 ]   Na re n d ra   S in g h   P a l,   S a n jee v   S h a r m a ,   Ro b o Pa t h   Pl a n n in g   u sin g   S wa rm   In telli g e n c e S u rv e y .   In ter n a ti o n a l   J o u rn a o Co m p u ter   A p p l ica ti o n s ( 0 9 7 5     8 8 8 7 ) .   2 0 1 3 ; 83 ( 12 ):  5     12   [9 ]   Ch e n g y u   Hu ,   X ian g n in g   W u ,   Qi n g z h o n g   L ian g   a n d   Yo n g ji   W a n g .   Au to n o mo u Ro b o P a t h   P la n n in g   Ba se d   o n   S wa rm   In telli g e n c e   a n d   S tre a m   Fu n c ti o n s .   S p rin g e r   Ver la g   Be rlin   He id e lb e rg   ICES   2 0 0 7 ,   L N CS   4 6 8 4 .   2 0 0 7 ;   L NCS:   2 7 7 2 8 4 .   [1 0 ]   W e sle y   H.   Hu a n g ,   Bre tt   R.   F a jen ,   Jo n a th a n   R.   F in k ,   W il li a m   H.  Warre n .   Vi su a n a v ig a ti o n   a n d   o b st a c le  a v o id a n c e   u sin g   a   st e e rin g   p o ten ti a l   fu n c ti o n .   R o b o ti c s a n d   Au t o n o mo u s S y st e ms .   2 0 0 6 ; 54 :   2 8 8 2 9 9   [1 1 ]   S .   S .   G e   a n d   Y.   J.  C u i .   Ne P o ten ti a l   F u n c ti o n fo M o b il e   Ro b o t   Pa t h   P la n n i n g .   IEE T r a n s a c ti o n o n   R o b o ti c s   a n d   Au to ma ti o ,   2 0 0 0 16 ( 5 ):6 1 5     6 2 0     [1 2 ]   Du sa n   G la v a s k i,   M a rio   Vo lf ,   M irj a n a   Bo n k o v ic .   M o b il e   ro b o p a th   p l a n n in g   u si n g   e x a c c e ll   d e c o mp o sit io n   a n d   p o ten ti a l   fi e ld   me th o d s W S EA S   T RA NS ACT ION S   o n   CIRCUIT S   a n d   S Y S T EM S .   2 0 0 9 ; 8 ( 9 ): 7 8 9 - 8 0 0   [1 3 ]   S . S .   G e ,   Y.J.  C u i .   Dy n a mic   M o ti o n   Pl a n n in g   f o M o b il e   R o b o ts  Us i n g   Po ten ti a l   Fi e ld   M e th o d .   A u t o n o mo u s R o b o ts   2 0 0 2 13 :   2 0 7 2 2 2 .   [1 4 ]   M .   De n g ,   A . In o u e ,   K.S e k ig u c h i ,   L .   Jia n g .   T wo - wh e e led   mo b il e   ro b o mo ti o n   c o n tr o in   d y n a mic   e n v iro n me n ts Ro b o ti c s a n d   Co mp u ter - In teg r a te d   M a n u fa c t u rin g 2 0 1 0 ;   2 6 :   2 6 8 272 .   [1 5 ]   A tsu sh F u ji m o ri ,   P e t e N.  Nik if o ru k ,   M a d a n   M .   G u p ta.   A d a p ti v e   Na v ig a ti o n   o M o b i le  Ro b o ts   wit h   Ob st a c le   Avo id a n c e IEE T ra n sa c ti o n s O n   Ro b o ti c s A n d   A u to m a ti o n ,   1 9 9 7 13 ( 4 ):  5 9 6 - 6 0 2 .       BI O G RAP H I E S   O F   AUTH O RS       Dr.  A jo y   Ku m a Du tt a   is  c u rre n tl y   a   P ro f e ss o in   th e   De p a rtm e n o f   P ro d u c ti o n   En g i n e e rin g ,   Ja d a v p u r   Un i v e rsit y ,   IND I A .   He   re c e iv e d   h is  B.   E.   &   M .   E.   d e g re e in   El e c tro n ics   &   T e le - c o m m u n ica ti o n   En g g   f ro m   J a d a v p u Un iv e rsit y   i n   1 9 8 3   &   1 9 8 5   re sp e c ti v e l y ,   a n d   P h .   D.  (En g g d e g re e   in   th e   a re a   o f   Ro b o ti c f ro m   J a d a v p u Un iv e r sity   in   1 9 9 1 .   His  F ield   o f   S p e c ializa ti o n   a n d   Re se a rc h   A re a   a re   Ro b o ti c s,  S e n so rs,  Co m p u ter  V isio n ,   M icro p r o c e ss o A p p li c a ti o n s,  a n d   M e c h a tro n ics .   He   h a s   tea c h in g   &   re se a rc h   e x p e rien c e   o f   3 1   y e a rs.         M r.   S u b ir   Ku m a D e b n a th   is  c u rre n tl y   a n   As so c iate   P ro f e ss o in   th e   De p a rtm e n o f   P ro d u c ti o n   En g in e e rin g ,   Ja d a v p u Un i v e rsity ,   IND I A .   H e   re c e iv e d   h is  B.   E .   d e g re e   in   M e c h a n ica En g g   f ro m   Ja d a v p u Un iv e rsit y   in   1 9 8 2   M .   T e c h   in   M e c h a n ica En g g   in   198 4   f ro m   I. I. T . -   Kh a ra g p u r,   IND I A.   His  F ield   o f   S p e c ializa ti o n   a n d   Re se a rc h   A re a   a r e   Ro b o ti c s,  S e n so rs,  C o m p u ter  V isi o n CNC   M a c h in e s an d   A u to m a ti o n .   He   h a s   tea c h in g   &   re se a rc h   e x p e rien c e   o f   3 1   y e a rs.         S u b ir   Ku m a Da re c e iv e d   M . T e c h   Op e ra ti o n s   Re se a rc h   in   2 0 1 0   a n d   M . S c .   C o m p u ter  S c ien c e   in   2 0 0 7 .   He   is  c u rre n tl y   p u rsu i n g   a   P h . D.  f ro m   J a d a v p u Un iv e rsity   o f   In d ia.  His  re se a rc h   in tere s ts   in c lu d e   c o m p u ter v isio n   sy ste m ,   a u to n o m o u s m o b il e   ro b o ts ,   o p ti m isa ti o n   tec h n iq u e .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.