I nd o ne s ia n J o urna l o f   E lect rica l  E ng ineering   a nd   Co m pu t er   Science   Vo l.   3 8 ,   No .   1 ,  A p r il   20 2 5 ,   p p .   1 07 ~ 1 19   I SS N:  2 502 - 4 7 52 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijee cs .v 3 8 . i 1 . pp 1 07 - 1 19           107     J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ij ee cs . ia esco r e. co m   A H BM O - ba sed   ba tch  bea co n ad j ustment  f o r imp r o v ing  t he  Fas t - RRT       H er u Suwo y o 1 ,   Ying zho ng   T ia n 2 ,   Andi   Adria ns y a h 1 ,   J ulp ri  Andi k a 1   1 D e p a r t me n t   o f   El e c t r i c a l   En g i n e e r i n g ,   F a c u l t y   o f   E n g i n e e r i n g ,   U n i v e r si t a s  M e r c u   B u a n a ,   Ja k a r t a ,   I n d o n e s i a   2 S c h o o l   o f   M e c h a t r o n i c   En g i n e e r i n g   a n d   A u t o m a t i o n ,   S h a n g h a i   U n i v e r si t y ,   S h a n g h a i ,   C h i n a       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Ap r   24 ,   2 0 2 4   R ev is ed   Oct   10 ,  202 4   Acc ep ted   Oct   30 ,   2 0 2 4       F a st - RRT  imp ro v e s  o n   th e   o ri g in a l  ra p id l y - e x p lo ri n g   ra n d o m   tree s  ( RRT )   b y   in c o rp o ra ti n g   two   m a in   sta g e s :  imp ro v e d - RRT   a n d   fa st - o p ti m a l .   Th e   imp ro v e d - RRT  sta g e   e n h a n c e s  th e   se a rc h   p ro c e ss   t h ro u g h   fa st - sa m p li n g   a n d   ra n d o m   ste e ri n g ,   wh il e   th e   fa st - o p ti m a l   sta g e   o p ti m ize s  th e   p a th   u s in g   fu si o n   a n d   p a t h   a rra n g e m e n t.   Ho we v e r,   p a th   f u sio n   c a n   o n l y   b e   o p ti m a l   wh e n   t h e   n e wly   f o u n d   p a t h   is   u n i q u e   a n d   d iffere n t   fro m   p re v io u s  p a th s.  T h is   u n i q u e n e ss   ra re ly   o c c u rs  in   c a se s  with   n a rro w  c o rri d o rs,  so   p a t h   f u sio n   o n l y   p ro v id e s  su b o p ti m a l  c o n d it i o n s.  To   a d d re ss   th is,  th e   st u d y   e x p l o re s  u sin g   h o n e y   b e e   m a ti n g   o p ti m iza ti o n   ( HBMO)  to   o p ti m ize   o r  re p lac e   th e   fu sio n   sta g e .   HBMO  h e lp s   d e term in e   n e w  b e a c o n   c o o rd i n a tes ,   wh ich   a re   n o d e s   b e twe e n   th e   sta rt  a n d   g o a l  p o in t s  a lo n g   t h e   p a th ,   th r o u g h   a   b a tch   b e a c o n   a d ju stm e n t  a p p ro a c h .   T h e   re su lt s  sh o w  t h a t  i n teg ra ti n g   HBMO   in to   F a st - RRT  imp ro v e s  it s  o p ti m a li ty ,   wi th   a   2 1 . 8 5 %   re d u c ti o n   i n   p a th   c o st  a n d   a   5 . 2 2 %   d e c re a se   in   c o m p letio n   ti m e   a c ro ss   e n v iro n m e n ts  with   v a ry i n g   d iffi c u lt y   le v e ls.  Th is  h y b ri d   a l g o rit h m   o u tp e rf o rm s  p re v i o u s  m e th o d s  i n   term s  o f  b o t h   p a t h   o p t ima li ty   a n d   c o n v e rg e n c e   ra te,   d e m o n st ra ti n g   it s  e ffe c ti v e n e ss   in   e n h a n c in g   F a st - R RT’s  p e rfo rm a n c e .   K ey w o r d s :   Fas t - R R T   Glo b al  p ath   p la n n in g   HB MO   Mo b ile  r o b o t   Path   p lan n in g   b ased - h y b r id   alg o r ith m   T h is i s  a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   J u lp r i A n d ik a   Dep ar tm en t o f   E lectr ical  E n g i n ee r in g ,   Facu lty   o f   E n g in ee r in g ,   Un iv er s itas   Me r cu   B u an a   J ak ar ta,   I n d o n esia   E m ail: ju lp r i.a n d ik a@ m er cu b u an a. ac . id         1.   I NT RO D UCT I O N   No t   o n ly   b eh a v io r - b ased   m o v em en t  [ 1 ] - [ 3 ] ,   s im u ltan e o u s   lo ca lizatio n   an d   m ap p in g   ( SLA M)   [ 4 ] ,   [ 5 ]   an d   p ath   t r ac k in g   [ 6 ] - [ 8 ] ,   p at h   p lan n in g   is   also   an   is s u e  th at  m u s t  b e  co n s id er e d   to   m ak e  r o b o ts   ab le  to   n av ig ate  au to n o m o u s ly   in   u n k n o wn   e n v ir o n m en t  [ 4 ] ,   [ 9 ] .   Sear ch in g   an d   s am p lin g - b ased   p ath   p lan n in g   alg o r ith m s   s er v e  as  two   m a jo r   ap p r o ac h es  in   r o b o tics   an d   ar tific ial  in telli g en ce ,   ea ch   h av in g   d is tin ct   ch ar ac ter is tics .   Sear ch - b ased   alg o r ith m s   s u ch   as  A*   [ 1 0 ]   an d   Dijk s tr a  [ 1 1 ] ,   [ 1 2 ]   p r i o r i tize  th e  s ea r ch   f o r   o p tim al  p ath s   th r o u g h   s y s te m atic  ex p lo r atio n   o f   th e  s ea r ch   s p ac e,   en s u r in g   co m p lete n ess   an d   o p tim ality .   T h ey   ar e  ef f icien t  in   s m aller ,   s tatic  en v ir o n m en ts   wh er e   th e  r ig h t  s o lu tio n   is   p ar am o u n t.  I n   c o n tr ast,   s am p lin g - b ased   m eth o d s   s u c h   as  r a p id ly - e x p lo r i n g   r an d o m   tr ee s   ( R R T )   [ 1 3 ]   an d   p r o b ab ilis tic  r o ad m a p s   ( PR M)   [ 1 4 ]   f o cu s   o n   ex p lo r in g   f ea s ib le  r eg io n s   o f   s p ac e  th r o u g h   r an d o m   s am p lin g ,   m a k in g   th em   p ar ticu lar l y   ad ep t  in   h ig h - d im en s io n al   a n d   d y n am ic   en v ir o n m en ts .   W h ile  it  d o es  n o t   g u ar a n tee   o p tim ality ,   it   o f f e r s   s ca lab ilit y   an d   ad ap tab ilit y ,   m ak in g   it  s u itab le  f o r   s ce n ar i o s   with   co m p lex   o b s tacle s   o r   co n s tan tly   ch an g i n g   ter r ain .   T h e  ch o ice  b etwe en   th e  two   d ep en d s   o n   f ac to r s   s u ch   as  en v ir o n m en tal  d y n am ics,  co m p u tin g   r eso u r ce s ,   an d   th e  d esire d   b a lan ce   b etwe en   o p tim ality   an d   ef f icien cy .   Ma n y   r esear ch er s   an d   p r ac titi o n er s   u tili ze   s am p lin g - b ased   p ath   p lan n in g   m et h o d s   to   in c r ea s e  o p tim a lity   wh ile  tak in g   a d v a n tag e  o f   t h e  s p ee d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 52   In d o n esian   J   E lec   E n g   &   C o m p   Sci ,  Vo l.  3 8 ,   No .   1 ,  Ap r il   20 2 5 :   1 07 - 1 19   108   av ailab le  in   f in d in g   s o lu tio n s .   Sam p lin g - b ased   alg o r ith m s ,   s u ch   as  R R T   an d   its   v ar ian ts ,   p r io r itize  ef f icien cy   b y   ex p l o r in g   th e  co n f ig u r atio n   s p ac e  th r o u g h   r a n d o m   s am p li n g   an d   in cr em e n tal  tr ee   g r o wth .   Alth o u g h   R R T   m ay   n o t  g u a r a n tee  an   o p tim al  s o lu tio n   in   its   b asic  f o r m ,   r esear ch er s   h a v e  d ev elo p e d   tech n iq u es  to   in cr ea s e   its   o p tim ality   with o u t  r ed u cin g   its   s p ee d .   Fo r   e x am p le,   alg o r ith m s   s u ch   as  R R T - C o n n ec t  [ 1 5 ] - [ 1 7 ] .   R R T - C o n n ec t  ca r r ies  a  two - wa y   ap p r o ac h   in   f i n d in g   p a th s   b etwe en   s tar t  p o in ts   an d   e n d   p o in ts   in   th e   s ea r ch   s p ac e.   B y   in itializin g   an   e x p lo r atio n   tr e e  f r o m   a  s tar tin g   p o in t,   R R T - C o n n ec t  iter ativ ely   p er f o r m s   a  r an d o m   ex p an s io n ,   ad d in g   n ew  p o in ts   co n n e cted   to   n ea r b y   p o in ts   in   th e   tr ee .   T h is   p r o ce s s   co n tin u es  u n til  th e   p ath   r ea ch e s   th e  en d   p o in t,  t h en   th e  r ev er s e  p r o ce s s   is   ca r r ied   o u t  f r o m   th e  en d   p o in t  to   th e   s tar t  p o in t.  B y   co m b in in g   th e  two   tr ee s   f r o m   o p p o s ite  d ir ec t io n s ,   R R T - C o n n ec t  cr ea tes  s u f f icien t  co n n ec tio n   p ath s   b etwe en   th e  s tar t a n d   en d   p o in ts   in   th e   s ea r ch   s p ac e.   Alth o u g h   it  d o es  n o t  g u ar a n tee  an   o p tim al  p ath ,   th is   ap p r o ac h   is   ef f icien t  in   e x p lo r in g   th e  s ea r ch   s p ac e  an d   o f ten   p r o v id es  s o lu t io n s   in   a  s h o r t  tim e.   I n   r esp o n s e  to   th ese  lim ita tio n s ,   r ap id ly - ex p lo r i n g   r an d o m   tr ee s   s tar   ( R R T * )   [ 1 3 ] ,   [ 1 8 ]   was   in tr o d u ce d ,   im p r o v in g   th e  alg o r ith m   with   a  d if f er e n t  ap p r o ac h .   R R T *   co m b in es  a   r an d o m   ex p lo r atio n   a p p r o ac h   with   a  n o d e   ev a lu atio n   an d   r ec o n n ec tio n   p r o c ess   to   im p r o v e  th e   q u ality   o f   t h e  r esu ltin g   p ath s .   Ad d itio n ally ,   R R T *   d y n am ic ally   u p d ates  ex is tin g   p ath s   b y   co n s id er in g   th e   to tal  co s t  f r o m   t h e   s tar tin g   p o in t  to   ea ch   n o d e  in   th e  ex p lo r atio n   tr ee .   T h u s ,   R R T *   en ab les  th e  s ea r ch   f o r   m o r e  ef f icien t  an d   p o ten tial  p ath s   to   r ea ch   o p tim al  s o lu tio n s   in   v ar io u s   m o ti o n   p la n n in g   p r o b lem s .   Ho we v er ,   th e   n o n - s p ec if ic   d ir e ctio n   o f   e x p lo r atio n   m ea n s   th at  R R T *   h as   th e  p o ten tial  to   co n d u ct  s am p lin g   in   p lace s   th at  h av e  ac tu ally   n ev er   b ee n   t o u ch e d   o r   ev e n   h av e  n o   s ig n if ican ce   f o r   ex c ess iv e  ex p lo r atio n .   T h is   m ak es  th e  co n v er g en ce   s p ee d   s lo w  an d   n ee d s   atten tio n .   R ef er r in g   to   th is   lim itatio n ,   R R T *   was  im p r o v ed   with   a  h y b r id   ap p r o ac h   th at  u tili ze s   th e  ar tific ial  p o ten tial  f ield   m eth o d   [ 1 9 ] - [ 2 1 ] .   T h e  u s e  o f   APF  in   R R T *   i s   in ten d ed   to   p r o d u ce   m o r e  tar g eted   ex p lo r atio n   with in   a   g iv en   en v ir o n m e n t  [ 2 0 ] ,   [ 2 1 ] .   T h e  in teg r atio n   o f   th e  two   ai m s   to   ac ce ler ate   co n v er g en ce   to war d s   a  s o lu tio n   b y   r ed u ci n g   th e  n u m b er   o f   i ter atio n s   r eq u ir ed ,   as  well  as  r ed u cin g   ex ec u tio n   tim e  to   r ea ch   th e  o p tim al  p at h .   T h e  APF  alg o r ith m   is   k n o wn   f o r   its   s im p licity   an d   p o wer f u l  m ath em atica l  an aly s is ,   d esp ite  its   lim it a tio n   to   s tate  s p ac es  o f   u p   to   f iv e  d im en s io n s   d u e  to   its   in ab ilit y   to   o p er ate  i n   lo ca l   m in im a  en v ir o n m en ts .   Ap ar t   f r o m   th at,   Qu ic k - R R T *   h as  also   b ee n   in tr o d u ce d   with   th e  m o tiv atio n   o f   a n   ex p lo r atio n   m eth o d   with   g o o d   co n v er g e n ce   s p ee d   [ 9 ] ,   [ 2 2 ] .   Qu ick - R R T *   in teg r ates  th e   co n ce p t   o f   tr ian g le   in eq u ality   to   s p ee d   u p   th e  p r o ce s s   o f   d eter m in in g   n o d es  an d   co n n ec tio n s   in   ex p lo r ati o n   tr ee s .   B y   u s in g   tr ian g le  in eq u alities ,   Qu ick - R R T *   ca n   r ed u ce   th e  n u m b er   o f   d is tan ce   ev alu atio n s   b etwe en   ex is tin g   n o d es,   r esu ltin g   in   f aster   p ath   f in d in g .   T h is   ap p r o ac h   o p tim izes  s ea r ch   s tep s   b y   p r io r itizin g   ex p an s io n   to   n o d es  th at  h av e  th e  g r ea test   p r o b a b ilit y   o f   d ir ec tin g   a   p ath   to   th e  d esti n atio n   p o in t.   T h er ef o r e,   Qu ic k - R R T *   s ig n if ican tly   s p ee d s   u p   th e   m o tio n   p lan n in g   p r o ce s s ,   m ak in g   it  a n   attr ac tiv e   o p tio n   i n   s itu atio n s   wh er e  s p ee d   o f   ex ec u tio n   is   an   im p o r t an t  f ac to r .   Fu r th er m o r e,   b ased   o n   th e  b e n ef its   o f   b o th   APF -   an d   Qu ick - b ased   m eth o d s ,   a  h y b r id   ap p r o ac h   s u ch   as  PQ - R R T *   is   p r o p o s ed ,   co m b in in g   th e   s tr en g th s   o f   ea ch   t o   ac h iev e  i m p r o v e d   p er f o r m an ce   in   p lan n in g   task s   [ 2 3 ] ,   [ 2 4 ] .   Alth o u g h   Qu ick - R R T *   ca n   s p ee d   u p   t h e  m o tio n   p la n n in g   p r o ce s s   b y   u s in g   th e   co n ce p t   o f   tr ian g le  in eq u ality   to   p r u n e  th e  ev alu atio n   o f   d is tan ce s   b etwe en   v er tices,  ag g r ess iv e  p r u n in g   ca n   r esu lt in   s u b o p tim al  p ath s   [ 2 5 ] .   T h is   p r o ce s s   ca n   elim in ate   n o d es  th at   ar e   im p o r tan t  f o r   cr ea tin g   a   b etter   p ath ,   an d   r e s u lt  in   s o lu tio n s   th at  a r e  f u r th er   f r o m   o p tim al.   I n   ad d itio n ,   t h e  s en s itiv ity   to   p ar am eter s   an d   th e  d if f icu lty   o f   a d ju s tm en t  also   m a k es  t h e  im p lem en tatio n   co m p lex ity   also   in cr ea s e.   T h er ef o r e,   o th e r   m eth o d s   ar e   in tr o d u ce d   with   a   f o c u s   o n   m ai n tain in g   s p ee d   a n d   o p tim ality   as id ea lly   as p o s s ib le.   Dif f er en t  f r o m   th e   p r e v io u s   o n e,   th is   m eth o d   was  b u ilt  b y   co n s id er i n g   th e   R R T   as  a  b ase.   T h e   s cien tific   r ea s o n   is   t h e  d esire   n o t  to   r ely   o n   r ep ea ted   s ea r ch   p r o ce s s es  as  in   R R T * .   T h is   m eth o d   is   ca lled   F ast - R R T   [ 2 6 ] ,   [ 2 7 ] .   Alth o u g h   th er e  is   n o   r ec o n n ec tio n   p r o ce s s   in   th is   m eth o d ,   s am p lin g   is   ad o p ted   f r o m   th e   im p r o v e d - R R T .   T h e  im p r o v e m en t in   q u esti o n   is   th e  ad d itio n   o f   f ast - s am p lin g   an d   r an d o m - s teer in g   p r o ce s s es.  Fas t - s am p lin g   is   a  way   o f   g en er atin g   r a n d o m   n o d es  with o u t  r ep etitio n   in   th e   to u ch e d   ar ea .   Me an wh ile,   r an d o m   s teer in g   is   ap p lied   to   co n tr o l th e  g e n er atio n   o f   r an d o m   n o d es in   th e  d ir ec tio n   to war d s   th e  tar g et  p o in t .   On e  ad v an tag e   o f   im p r o v ed   R R T   in   f ast - R R T   is   th at  it  ca n   s p ee d   u p   ex p lo r atio n   ev e n   i n   en v ir o n m en ts   with   n ar r o w  p ass ag ewa y s   th an k s   t o   its   f ast - s am p lin g   an d   r a n d o m   s teer in g .   Fas t - s am p lin g ,   o n   th e   o th er   h an d ,   r em o v es  th e  ch an ce   th at  th e  f ir s t  p ath   f o u n d   is   n o t  th e  b est   o n e  b ec au s e  it  r estrict s   s am p lin g   to   u n ex p lo r e d   ar ea s .   Fu r th er m o r e,     o b tain ed   will  h av e  v er y   lim ited   co n n ec tio n   o p tio n s   to   o th er   n o d e s   in     in   th e   ab s en ce   o f   wir in g   s u ch   as  R R T * .   A s   a  r esu lt,  th e  n ewly   cr ea ted   p ath   will  ty p ically   r e s em b le  th e  p r ev i o u s    .   T h is   h as a n   im p ac t o n   th e  p ath   f u s io n   p r o ce s s ,   wh ich   o u g h t  to   b e  at  its   b es t w h en   th e  n ewl y   f o r m ed   p ath   d if f er s   f r o m   t h e  o l d   o n e  as  well.   T h er ef o r e,   t h e  R R T *   wir in g   p r o ce s s   is   u s ed   in   th is   s tu d y .   I n   ad d itio n ,     F ast - R R T   al s o   in tr o d u ce s   th e  p at h - o p tim al  s tag e  wh ich   co n t ain s   a  s eq u en tial  p r o ce s s   b etw ee n   th e  f u s io n   an d   tu n in g   p ath s   as  an   ef f o r t  to   m ain tain   th e   o p tim ality   o f   th e  p ath   f o r m ed .   T h u s ,   F ast - R R T   h as  b etter   p er f o r m an ce   wh e n   co m p ar ed   t o   R R T   o r   R R T *   in   ter m s   o f   co n v er g e n ce   s p ee d   a n d   o p tim al ity .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2 5 0 2 - 4 7 52       A   HB MO - b a s ed   b a tch   b ea c o n   a d ju s tmen t fo r   imp r o vin g   th e  F a s t - RRT   ( Heru   S u w o yo )   109   Ho wev er ,   in   r ea lity   Fu s io n   w ill  o n ly   p r o d u ce   n ew  p ath s   th at  ar e  less   th an   o p tim al  an d   s lo w  d o wn   p lan n in g   tim e.   T h er e f o r e,   t h er e  n ee d s   to   b e  d ev elo p m en t  o f   F ast - R R T   with   o b jectiv ity   to   r ep lace   th e  f u s io n   s tag e.   I n   th is   r esear ch ,   th e  h o n ey - b ee   m atin g   o p tim izatio n   ( HB MO )   [ 2 8 ] - [ 3 2 ]   m eth o d   was  in v o lv ed .   I ts   in v o lv em e n t  is   to   co n n ec t  r an d o m   n o d es  ar o u n d   th e  n o d es  o n   th e  p ath   r esu ltin g   f r o m   th e  in itial  F as t - R R T   s tag e  with   r ef e r en ce   to   th e   s h o r test   d is tan ce .   As  an   o p tim izatio n   m eth o d ,   HB MO   ca n   b e   ap p l ied   in   d eter m in in g   th e   o p tim al  s o l u tio n ,   b o th   m in im u m   an d   m a x i m u m ,   b y   co n s id er in g   th e   o b je ctiv e  f u n cti o n   o r   a  s in g le  n u m er ical  q u an tity .   So ,   th is   is   en o u g h   to   p r o v e  th at  HB MO   h as  a  h ig h   lev el  o f   f e asib ilit y   to   r ep r esen t   th e  ex p ec ted   s o lu tio n .   Alth o u g h   th er e  ar e  m an y   v ar ian ts   o f   th e  m eth o d ,   s u ch   as  s im u lated   an n ea lin g   ( SA)   [ 3 1 ] ,   g r ey   wo lf   o p tim izatio n   ( GW O)   [ 3 3 ] - [ 3 6 ] ,   ar tific ial  b ee   co lo n y   ( AB C )   [ 2 9 ] ,   [ 3 7 ] ,   [ 3 8 ] ,   p ar ticle  s war m   o p tim izatio n   [ 3 9 ] - [ 4 2 ] ,   a n d   g e n etic  alg o r ith m   ( GA)   [ 2 9 ] ,   [ 3 5 ] ,   [ 3 6 ] ,   HB MO   h as  ca p a b ilit ies  th at  ca n n o t   b e  b y   o th er   m eth o d s .   T o   m a x im ize  th e   o p tim ality   o f   th e   r esu lts ,   HB MO   is   ess en tia lly   u s ed   to   co n tr o l th e  p o s itio n   o f   n o d es  o th er   th an   th e  g o al  an d   s tar t  co n tain ed   in    .   Up d atin g   th ese  p o s itio n s   ar e  u s ed   to   o b tain   th e  o p tim al  p at h ,    ,   wh ich   is   .     is   m ad e  u p   o f   b ea co n   n o d es  th at  lin k     an d    .   I t  is   ev id en t  th at  th is   p ath   h as   f ewe r   b ea c o n   n o d es  th an   all  th e  n o d es  in   ,   ex ce p t   f o r     an d    ,   s in ce   it  cr ea tes  a   co llis io n - f r ee   d ir ec t  co n n ec tio n   b etwe en   n o d es  an d   th e  f ar th est  n o d es.  T h en ,   in   t h e  HB MO   o p tim izatio n   p r o ce s s ,   th e   n u m b er   o f   b ea co n   n o d es,  ,   is   co n s id er ed   as  a  d ec is io n   v ar iab le.   Du e  to   th eir   s m all  n u m b er ,   HB MO s   s h o u ld   o p tim ize  th eir   lo ca tio n s   b y   s h if tin g   th em   to   p er tin e n t  ar e as.  Fo r   ev er y   b e ac o n   n o d e,   th is   d is p lace m en t  is   co n s tr ain ed   b y   th e  r ad iu s   .   T h e  o n l y   o th e r   r eq u ir em en ts   f o r   t h is   d ec is io n   v ar ia b le  a r e  to   m ain tain   a   co n n ec tio n   with o u t  r u n n i n g   i n to   an y   en v ir o n m e n tal  o b s tacle s .   Fu r th er m o r e,   th e  f itn ess   f u n ctio n   u s ed   is   th e  p ath   co s t,   wh ich   d eter m in es  th e  to tal  c o n n ec tio n   d is tan ce   f r o m    −  th r o u g h   th e  b ea co n   n o d es,   co n s id er in g   th at  t h e  p ath   f r o m   th e   b ea co n   n o d e   co n n ec tio n   r e p r esen ts   a  ca n d id ate   s o lu t io n .   T h er ef o r e,   it  is   ev id en t  th at  t h is   k in d   o f   o p t im izatio n   r ef er s   to   m in im izi n g   th e   s ea r ch   s p ac e  with in   a   tim e  co n s tr ain t  to   g en er ate  o p tim al  p ath s .   T h e  HB MO   g en er atio n   is   co n tr o lled   b ased   o n   th e  n u m b er   o f   s am p les  lef t  o v er   af ter   r ea ch in g   th e   d esig n ated   m ax im u m   s am p lin g   b ased   o n   t h is   tim e  r es tr i ctio n .   T h is   k in d   o f   HB MO   d ep lo y m e n t  p atter n   en ab les  th e  b ea co n   n o d e  to   m o v e  to   a  n ew  lo ca tio n   a n d   p o s s ib ly   estab lis h   a  d ir ec t  co n n e ctio n   with   an o th e r   b ea co n   n o d e  th at  is   th e  f ar th est  awa y .   At  th e  co n clu s io n   o f   th e  p r o ce s s ,   p ath   o p tim izatio n   is   d o n e  o n ce   m o r e   b ef o r e  th e  f in al  p at h   is   d ec id ed   to   b r ea k   th e  cy cle  o f   f in d i n g   th e  b est  p ath .   R ef er r in g   to   a  s ea r ch   cy cle  lik e  th is ,   th is   m eth o d   was  later   n a m ed   HB MO - o p tim ized   F ast - R R T *   with   th e  latest  f o r m   b e in g   th e   cr ea tio n   o f   Fas t - R R T   wh ich   ad d s   a  r ewir i n g   p r o ce s s ,   an d   th e  im p lem e n t atio n   o f   HB MO   af ter   p ath   o p t im izatio n   h as  b ee n   ca r r ied   o u t.  T h e  p e r f o r m an ce   o f   th e  p r o p o s ed   m eth o d   f o r   s o lv in g   a  g lo b al  p at h   p lan n in g   ar e  co m p ar ed   to   its   p r ed ec ess o r ,   n a m ely   R R T *   an d   F ast - R R T ,   in   ter m s   o f   o p tim ality   an d   co n v er g en ce   r ate .   A n d   ac co r d in g   to   th e   co m p ar ativ e  r esu lt,  th e  p r o p o s ed   m eth o d   s h o ws a  s ig n if ican t   im p r o v e m en t.   T h e  r est  o f   th is   p ap er   is   o r g an i ze d   as  f o llo ws:   th e  m ater ial   an d   m eth o d s   ar e   p r esen ted   in   s ec tio n   two .   I t  co v er s   th e   p r o b lem   s tatem e n t,  F ast - R R T ,   an d   HB MO ;  th e  p r o p o s ed   m eth o d   is   p r esen ted   in   s ec tio n   th r ee   in clu d in g   th e   p s eu d o co d e   an d   f lo wch ar t;   th e   r esu lt  a n d   d is cu s s io n   is   d is cu s s ed   in   s ec tio n   f o u r ;   an d   s ec tio n   f iv e  p r esen ts   th e  co n clu s io n .       2.   M E T H O D   I n   th is   s ec tio n ,   th e  m ater ials   an d   m eth o d s   in v o lv e d   in   th is   r esear ch   ar e  p r esen ted .   I t  in clu d es  th e  p r o b lem   s tatem en t,  b r ie f   r ev i ew  o n   F ast - R R T ,   an d   h o n ey   b ee   m atin g   o p tim izatio n .   T h e y   ar e  p r esen ted   t o   p r o v id e   m o r e   clar ity   o n   th e  m eth o d s   th at  h av e   b ee n   d ev elo p ed   in   th e  n ex t sectio n .     2 . 1 .     P r o blem   s t a t e m ent   L e t   ∈ ℝ   i s   r e p r e s e n t a t i o n   o f   s t a t e   s p a c e   f o r   a   p a t h   p l a n n i n g   p r o b l e m ,   w i t h   ∈   i s   s p a c e   d i m e n s i o n ,   t h u s   = {  , }   i s   s t a t e   s p a c e   w i t h      ∈   r e f e r s   t o   o b s t a c l e   c o o r d i n a t e s   a n d   ∈   r e f e r s   t o   t h e   f r e e   s p a c e .   M o r e o v e r ,   i f   t h e   s t a r t   n o d e   ∈   a n d   g o a l   n o d e    ∈   a r e   g i v e n ,   t h e n   r e f e r r i n g   t o    ,   t h e   p a t h   p l a n n i n g   a l g o r i t h m   h a s   t o   f i n d   t h e   i d e a l   p a t h   f r o m - t o   t h o s e   n o d e s ,   d e n o t e d   a s   = [ 0 , ] →   w i t h   ( 0 ) =   a n d   ( ) =    w h e r e    = { ∈ | −  | < }   f o r     i s   r a d i u s   a r o u n d    .     2 . 2 .     F a s t - RRT   I n   g en e r al ,   Fas t - R R T   co n s is t s   o f   two   m ain   s tep s   in   s o lv i n g   g lo b al  p ath   p la n n i n g   p r o b le m s ,   n am ely   I m p r o v ed - R R T   an d   Fas t - Op tim al.   R esp ec tiv ely ,   th ey   ar e  u s ed   to   f in d   f ea s ib le  p ath s   an d   t o   o p tim ize  p ath s   b y   co m b in in g   cu r r en t  a n d   p r ev io u s   p ath s .   B o th   ar e   ex ec u ted   s e q u en tially   to   d eter m in e   th e  b e s t  p ath .   T h is   ca n   b e   s ee n   in   Alg o r ith m   1.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 52   In d o n esian   J   E lec   E n g   &   C o m p   Sci ,  Vo l.  3 8 ,   No .   1 ,  Ap r il   20 2 5 :   1 07 - 1 19   110   Alg o r ith m   1 .   Fas t - RRT   Input:  ,  ,    Output: A path    connecting    and     for  = 1 :   ←      ( ,  ,  )   if    is found     ←     ( ,  )   endif   endfor     B o th   th e  im p r o v ed - R R T   an d   f ast - o p tim al  s tag es  ea ch   h av e  two   s u b - s tep   d escr ip tio n s   w h ich   m ak e   th em   d if f er en t   f r o m   th eir   p r ed ec ess o r ,   n am el y   R R T .   I n   im p r o v e d - R R T   th er e  is   f ast  s am p lin g   wh ich   is   d es ig n ed   n o t  to   r ep ea t  s am p lin g   in   ar ea s   th at  h av e  alr ea d y   b ee n   ex p lo r e d ,   an d   r a n d o m   s teer in g   wh ich   is   u s ed   to   ch an g e  th e  r elatio n s h ip   b et wee n   two   n o d es  if   th er e  is   a  co llis io n   with   an   o b s tacle   in   th e  en v ir o n m en t.  T h e   r ep r esen tativ e  alg o r ith m   f o r   i m p r o v e d - RRT   ca n   b e  s ee n   in   Alg o r ith m   2 .     Alg o r ith m   2 .   I m p r o v e d - RRT   Input:  ,  ,    Output: A path    connecting    and     ←     (  )    ←  ( , )    ←    (  , )   ←   (  ,  )   if      (  , )     ←      (  , )   if   ∈    ←  ℎ ( )   endif   endif   endfor     wh er e ,   ( . )   is   a  f u n ctio n   to   g et   a  c o n n ec tio n   n o d e   to   n o d e,      ( . )   a p p en d s   th e   n o d e   to   tr ee s   ,   an d     is   a  f ea s ib le  p ath   f r o m     to      o b tain ed   b y   tr ac in g   all  n o d es   b ased   th eir   o wn   p a r en t.  W h er ea s      ( . )   is   s t ated   as sh o wn   in   Alg o r ith m   3 .     Alg o r ith m   3 .   Fas t  s am p lin g   Input:     Output:    ←     (  )   while  ∈      ←       (  )   endwhile     w h e r e     i n      i s   d e t e c t e d   b y   m e a s u r i n g   e a c h   n o d e   o n     t o   .   I t   i s   a s s u m e d   t o   b e   d e t e c t e d   i f   t h e  d i s t a n c e   i s   l e s s   t h a n   a   p r e d e f i n e d   r a d i u s .   M e a n w h i l e ,   r a n d o m S t e e r ( . )   i s   d o n e   b y   e x e c u t i n g   A l g o r i t h m   4 .     Alg o r ith m   4 .   R an d o m   s teer in g   Input:   , ,   Output:      ←  ( , )   ←   (  ,  )   if      ( ,  )   return     else   ←  ( 2 )    ←  (  , )   endif     wh er e    r ef er s   to   th e  s teer in g   an g le  o f   - co n n ec tio n ,   wh ich   is   r an d o m ly   g en e r ated   in   r a n g e  o f   [ 0 ,   2 ]   if     co llid es  to   th e  o b s tacle .   An d    ( . )   is   a  f u n ctio n   u s ed   to   r e f in d      ac co r d in g   to     an d   .   Fu r th er m o r e,   in   Fas t - Op tim al  th er e  ar e  also   two   s u b   s tep s ,   n am ely   p ath   f u s io n   an d   p ath   tu n in g .   As  th e   n am e  s u g g ests ,   f u s io n   in v o lv es  two   p r ev io u s ly   o b tain e d   p ath s   with   a  n ewly   o b tain ed   p ath ,   wh ich   is   th e n   co m b in ed   in to   a  p a t h   with   b etter   q u ality   b ased   o n   th e  in ter s e ctio n   p o i n t.  Fo r   th e  r ec o r d ,   th i s   in ter s ec tio n   p o i n t   is   th e  in ter s ec tio n   p o in t  o f   th e   two   p r o ce s s ed   p ath s ,   an d   is   o b tain ed   b y   f i n d in g   t h e  av er ag e  p o s itio n   b ased   o n   two   clo s e  p o in ts .   T h e  p r o ce s s   o f   p ath   f u s io n   ca n   b e  s ee n   i n   Alg o r ith m   5.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2 5 0 2 - 4 7 52       A   HB MO - b a s ed   b a tch   b ea c o n   a d ju s tmen t fo r   imp r o vin g   th e  F a s t - RRT   ( Heru   S u w o yo )   111   Alg o r ith m   5 .   Path   f u s io n   Input:  ,    Output:     for each point in      for each point    if  ‖  , ‖ < ℎ    ← (   ,    endif   e ndfor   endfor      ← ‖ (   ) : (  ) ‖      ← ‖  (   ) : (  ) ‖      ← ‖ (  ) : (  ) ‖      ← ‖  (  ) :  (  ) ‖   if     <      S ub p a t h A = (   ) : (  )   else   S ub p a t h A =  (   ) : (  )   end if   if     <      S ub p a t h B = (  ) : (  )   else   S ub p a t h B   =  (  ) :  (  )   end if    = [ S ub p a t hA , S ub p a t hB ]     Af ter   th e  f u s io n   p r o ce s s   is   co m p lete,   th e   r esu ltin g   p ath   is   th en   tu n ed   u s in g   th e   p ath   f i n e  tu n in g   p r o ce s s .   No   d if f er en t  f r o m   th e  o p tim izatio n   p r o ce s s   in   g en er al,   th is   p ath   f in e  tu n in g   ap p lies   tr ian g u la r   in eq u ality   to   s h o r ten   th e   p ath .   W ith   th is   p r o ce s s   th e   in itial  p o in t   will  tr y   t o   b e   co n n ec te d   to   t h e  n e x t  p o in t.   W h en   th er e  is   n o   co llis io n   w ith   an   o b s tacle ,   th e  s tar tin g   p o in t  is   co n n ec ted   to   a  f u r th er   p o in t,  an d   s o   o n .   Ho wev er ,   th e   p o in t   co n n ec tio n   is   in v alid   if   a  co llis io n   o cc u r s   an d   th e   S u b p ath   is   th e  co n n ec tio n   b etwe en   t h e  in itial  p o in t  an d   th e  last   p o in t   wh ich   is   s till   f r ee   o f   o b s tacle s ,   an d   th e  in itial  p o in t  is   d ete r m in ed   ag ai n .   T h e   s tar tin g   p o in t  f o r   t h e  s ec o n d   S u b p ath   is   th e   p o i n t  co n n ec ted   to   th e  s tar tin g   p o in t  o n   t h e  S u b p ath   th at   h a s   b ee n   f o r m ed .   Nex t,   th e  p r o ce s s   r e p ea ts ,   u n til  th e   tar g et  p o in t   is   s u cc ess f u lly   co n n ec ted   t o   th e   l ast  S u b p ath .   Fin ally ,   th e  p ath   g e n er ated   b y   p at h   f in e  tu n in g   c o m b in es th ese  S u b p ath s .     2 . 3 .     H o ney   bee  ma t ing   o pti m iza t io n ( H B M O )   As   a  p o ten tial  m eta h eu r is ti c  a lg o r ith m ,   th e  HB MO   alg o r ith m   m im ics  th e  d r o n e,   b r o o d ,   a n d   q u ee n .   Gen o ty p e,   s p ee d ,   en er g y ,   an d   s p er m ath ec a   with   a   ce r tain   ca p ac ity   a r e  c h ar ac ter is tics   o f   ea ch   q u ee n .   T h e   d r o n e' s   s p er m   s to r e,   k n o wn   as th e  s p er m ath ec a,   is   cr ea ted   d u r in g   m atin g   with   th e  q u e e n .   C o n s eq u en tly ,   s p ee d   an d   en er g y   ar e  in itialized   p r i o r   to   ea ch   m atin g   tr i p   f o r   q u ee n s   with   a  s p ec if ic  s p er m ath ec a  s ize.   T h e  d r o n e   s p er m   is   k ep t  in   th e  q u ee n ' s   s p er m ath ec a  f o llo win g   a  s u cc e s s f u l  m atin g   attem p t.  T h e  r e m ain in g   g e n es  f r o m   th e  q u ee n ' s   g en o m e  ar e  c o m p leted   later   in   th e  b r ee d in g   p r o ce s s ,   an d   s o m e  d r o n e  g en es  ar e  co p ied   in to   t h e   p ar en t' s   g en o ty p e   to   g en e r ate  th e  b r o o d .   T h e  q u ee n   ch o o s es  a  d r o n e   at  r an d o m   f r o m   th e   i s s u e  ch o ice  s p ac e,   an d   m atin g   f lig h ts   ar e   m ap p e d   in to   t h e  HB MO   alg o r ith m .   T h e  q u ee n ' s   s p er m ath ec a  co n t ain s   th e  g en o m e  o f   ev er y   d r o n e  th at  m ates  s u cc e s s f u lly .   Ad d itio n ally ,   in   ea ch   iter atio n   o f   th e  HB MO   alg o r i th m ,   all  d r o n es  lef t  af ter   th e  m atin g   f lig h t  wer e  d estro y ed   to   s im u late  d r o n e  m o r tality   at  th e  en d   o f   th e  b r ee d in g   s ea s o n .   Mo d el   wo r k er   b ee s   u s e   h eu r is tic  f u n c tio n s   to   tr y   t o   en h an ce   th e   q u a lity   o f   th eir   b r o o d .   As  a   p o ten t ial  g en etic  a n s wer ,   th e  HB MO   alg o r ith m   m im ics  th e  d r o n e,   b r o o d ,   an d   q u e en .   W o r k er s '   b r o o d   ca r e  is   tr an s lated   in to   an   alg o r ith m   th at   u s es  h eu r is tic  f u n ctio n s   to   im p r o v e  b r o o d .   T h e  d r o n e' s   s p er m   s to r e,   k n o w n   as  th e  s p er m ath ec a,   is   cr ea ted   d u r in g   m atin g   with   th e  q u ee n .   C o n s eq u en tly ,   s p ee d   an d   en er g y   ar e  in itialized   p r io r   to   ea ch   m atin g   tr ip   f o r   q u ee n s   with   a  s p ec i f ic  s p er m ath ec a  s ize.   T h e  d r o n e  s p er m   is   k ep t  in   t h e  q u ee n ' s   s p er m ath ec a   f o llo win g   a  s u cc ess f u l  m atin g   attem p t.  T h e  r em ain in g   g e n e s   f r o m   th e  q u ee n ' s   g en o m e  ar e  co m p leted   later   in   th e  b r ee d in g   p r o ce s s ,   an d   s o m e  d r o n e  g en es  ar e  co p ied   in to   th e  p ar en t' s   g en o ty p e  to   g en er ate  th e  b r o o d .   T h e  q u ee n   c h o o s es  a  d r o n e  at  r a n d o m   f r o m   th e  is s u e  ch o ice  s p ac e,   an d   m ati n g   f lig h ts   ar e  m ap p ed   in to   th e   HB MO   alg o r ith m .   T h e  q u ee n ' s   s p er m ath ec a  co n tain s   th e  g en o m e   o f   e v er y   d r o n e   th at  m ates  s u cc ess f u lly .   Nex t,  a   d r o n e  ( s o lu tio n )   is   ch o s en   at  r an d o m   f r o m   th e  d ec is io n   s p ac e  to   m ate  with   t h e  q u ee n   u s in g   m atin g   f lig h t.   E ac h   ch o s en   d r o n e' s   g en o m e  i s   k ep t  in   th e   s p er m ath ec a  o f   t h e  q u ee n .   E ac h   ch o s en   d r o n e' s   g en o m e  is   k e p t  in   th e  s p er m ath ec a   o f   th e   q u ee n .   B y   u s in g   cr o s s o v er   a n d   m u tati o n   o p er ato r s   b etwe en   th e  q u ee n   an d   th e   s o lu tio n   k ep t  in   th e   q u ee n ' s   s p er m ath ec a,   d ip lo id   b r o o d s to ck   a r e  p r o d u ce d .   B y   u s in g   cr o s s o v er   a n d   m u tatio n   o p er ato r s   b etwe en   th e  q u ee n   an d   th e  s o lu tio n   k ep t  in   th e  q u ee n ' s   s p er m ath ec a,   d ip lo i d   b r o o d s to c k   ar e  p r o d u ce d .   T o   en h an ce   t h e  q u ality   o f   th e  b r o o d ,   th e  h eu r is tic  f u n ctio n   t h at  s im u lates  wo r k er   b ee s   is   u s ed .   T h e  HB MO   alg o r ith m ' s   f lo w  d iag r am   is   s h o wn   in   Fig u r e   1 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 52   In d o n esian   J   E lec   E n g   &   C o m p   Sci ,  Vo l.  3 8 ,   No .   1 ,  Ap r il   20 2 5 :   1 07 - 1 19   112       Fig u r e   1 .   Flo wch ar t  o f   HB MO       3.   P RO P O SE D  M E T H O D   T h e   f a s t - s am p l in g   a n d   r an d o m   s t e er i n g   f o u n d   in   im p r o v ed - R R T   in   F a s t - R R T   h av e   th e  a d v an t a g e  o f   b e i n g   ab l e   to   s p e ed   u p   t h e   ex p lo r a t io n   p r o c e s s ,   ev en   i n   e n v i r o n m e n t s   w i th   n ar r o w   p a s s a g e w ay s .   H o w e v er ,   f a s t - s a m p l i n g ,   w h i c h   l i m i t s   s am p l in g   t o   a r e as   t h a t   h a v e  n o t   y e t   b e e n   e x p lo r ed ,   a c t u a l ly   e l i m i n a t e s   th e   p o s s i b i l i ty   t h a t  t h e   i n i t ia l   p a th   o b t a in e d   i s   l es s   t h a n   o p t i m a l.   I n   a d d i t i o n ,   w i t h o u t   w i r in g   s u c h   a s   R R T * ,     o b t a in ed   w i l l   h av e   v e r y   f e w   co n n e c t io n   o p t io n s   to   o th e r   n o d e s   i n   .   S o ,   th e   n e w  p a t h   th a t   i s   f o r m e d   w i l l   t en d   to   h av e   s im i l a r i t i e s   t o   th e   p r ev i o u s    .   T h i s   a f f e c t s   t h e   p a t h   f u s i o n   p r o c e s s   w h i c h   s h o u ld   b e  o p t i m a l   wh e n   th e  n e w   p a th   f o r m e d   a l s o   h a s   v a r i a t io n s   f r o m   t h e  p r e v io u s   o n e.   T h u s ,   in   t h i s   r e s e a r ch   t h e  w i r i n g   p r o c e s s   o n   th e  R R T *   i s   ap p l i ed .   I n   t h e   p r o p o s ed   m e th o d ,   t h e  im p l em e n t a t i o n   i s   ca r r ie d   o u t   a f t er   ed g e    i s   o b t a in e d .   Af ter     is   ad d ed   to   tr ee     an d   its   p ar en t  is   ass ig n ed ,   th e  ex p lo r atio n   p r o ce s s   is   r ep ea ted   u n til  th e  ter m in atio n   c r iter io n   is   m et,   n am ely   wh e n   ∈  .   T h is   p r o ce s s   th e n   p r o d u ce s   r esu lts   in   th e   f o r m   o f   th e   in itial  p ath   .   I n s tead   o f   a p p l y in g   Fas t  Op tim al,   in   th is   r e s ea r ch   th e  a p p licatio n   o f   t h e   m etah eu r is tic   A lg o r ith m   6 ,   HB MO ,   was  ca r r ied   o u t.  T h is   im p lem e n tatio n   is   b ased   o n   th e  s h o r tco m in g s   o f   p at h   f u s io n   f o u n d   in   Fas t - R R T ,   n am ely   th at  it  h as  th e  p o ten tial  to   n o t  b e  ex ec u ted   b ec au s e,   n ewly   v ar i ed   p ath s   ar e  r ar ely   o b tain ed   b y   s im p ly   in cr ea s in g   s am p lin g   o n ly .   An o th er   r ea s o n   is   th at  i t  tak es  q u ite  a   lo n g   tim e  to   ex ec u te  th e  p ath   f u s io n   p r o ce s s .   T h er ef o r e ,   th is   is   co n tr ar y   to   th e  in itial m o tiv atio n   o f   f ast  s am p lin g ,   wh ich   was  h eld   with   th e  aim   o f   in c r ea s in g   th e  c o n v er g en ce   r ate  o f   Fas t - RRT .   B asically ,   H B MO   is   ca r r ied   o u t  to   r eg u late  th e  p o s itio n   o f   n o d es  o th er   th a n   th e   g o al   an d   s tar t   co n tain ed   in      as  an   ef f o r t  to   in cr ea s e  th e  o p tim ality   o f   r esu lts .   T h e  b est  b ee   ca n d id ate,   wh ich   s u cc ess f u lly   s h o ws  th e  s h o r test   p ath   v alu e,   is   ass u m ed   to   b e   th e  q u ee n   in   HB MO .   T h is   q u ee n   will  th e n   b e  m ated   with   th e   d r o n e.   T h e  b ee s   t h at  ar e  n o t  s elec ted   as  q u ee n s   ar e  as s u m ed   to   b e  d r o n e  ca n d id ates.  B y   u tili zin g   r o u lette   wh ee l  s elec tio n ,   d r o n e   ca n d i d ates  will  b e  s elec ted .   T ec h n ically ,   th is   s elec tio n   r e f er s   to   th e  r esu lts   o f   th e   p r ev io u s   f itn ess   ca lcu latio n .   T h e  to tal  o f   th e  o v er all  f it n ess   b ec o m es  th e  d iv is o r ,   f o r   ea c h   d r o n e  f itn ess .   Her e,   th e  r ep r esen tatio n   v alu e   will  b e  o b tain ed   wh ic h   is   th en   u s ed   as  a  r ef e r en ce   in   m ak i n g   th e  C u m u lativ e   Pro b ab ilit y   Dis tr ib u tio n .   T h e n   b y   cr ea ti n g   a  cu m u lativ e   p r o b a b ilit y   ar r ay ,   r o u lette  wh ee l  s elec tio n   is   s im u lated .   T h is   cu m u lativ e   p r o b ab ilit y   ar r ay   is   a  r e f er en ce   wh er e  ea ch   i n d iv id u al  o cc u p i es  a  wh ee l  s eg m en t  th at  is   p r o p o r tio n al  to   its   s elec tio n   p r o b ab ilit y .   Ass u m in g   th at  th e  r o u lette  wh ee l   s elec to r   i s   a  r an d o m   n u m b er   f r o m   0 - 1 ,   th e n   clea r ly   th e  c o o r d i n ates  o f   th e  n o d e  t h at  p r o d u ce s   a  s h o r ter   d is tan ce   th an   th e  o th er s   h av e  th e  p o ten tial  to   b e   s elec ted   as  a  d r o n e.   Af te r   th e  d r o n e   is   s elec ted ,   th e  s im u latio n   o f   t h e  m ati n g   p r o ce s s   b etwe en   th e  d r o n e   an d   th e   q u ee n   is   ca r r ied   o u t.  I n   t h is   s im u latio n ,   t h e  p r in c i p les  o f   cr o s s o v er   an d   m u tatio n   a r e  ca r r ied   o u t.  B o th   p r o ce s s es  in v o lv e  c h an g in g   th e  co o r d in ate  d ata  in to   b in ar y   f o r m .   I n   th is   s tu d y ,   th e  co o r d i n ate  v alu e  was  ch an g ed   to   8 - b it  b in ar y .   I n   th e   cr o s s o v er   p r o ce s s ,   th e  g o o d   b its   o n   th e  q u ee n   an d   d r o n e  a r e  ex c h a n g e d   u s in g   th e  s in g le - p o i n t  cr o s s o v er   m eth o d .   T h e  cr o s s o v er   p o i n t  d iv id es  th e  ch r o m o s o m e  in t o   two   p ar ts   o n   ea ch   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2 5 0 2 - 4 7 52       A   HB MO - b a s ed   b a tch   b ea c o n   a d ju s tmen t fo r   imp r o vin g   th e  F a s t - RRT   ( Heru   S u w o yo )   113   d r o n e  an d   q u ee n .   An d   th e  ex c h an g e  is   d o n e  o n   th e  b it  co llec tio n   af ter   th e  cr o s s o v er   p o in t.  W h ile  in   m u tatio n ,   wh ich   is   d o n e   af ter   th e  c r o s s o v er   is   co m p lete,   th e   s tu d y   a p p lies   b it  f lip p in g   to   th e   ch r o m o s o m es  o f   b o th   d r o n es  an d   q u ee n s .   T h e  r esu l ts   o f   th e  cr o s s o v er   an d   m u tat io n   p r o ce s s es  ar e  th en   ca lled   b r o o d   in   Fig u r e  1 .  Nex t,  b o th   o f   th em   wh ich   r e p r esen t  th e  ch ar ac ter s   o f   th e  d r o n e  an d   q u ee n   ar e  te s ted   b ased   o n   th eir   f itn ess   v alu es.  T h is   is   to   en s u r e   th at  b etwe en   th e  two   t h er e  is   o n e  t h at  is   b etter   th an   th e  q u ee n .   I f   n o t,  th e   q u ee n   will  b e  th e  s am e  an d   th e  d r o n e  s elec tio n   is   r ep ea ted .   An d   s o   o n ,   u n til  a  b etter   b r o o d   is   p r o d u ce d ,   wh ich   th en   r ep lace s   th e  d r o n e  a n d   q u ee n   i n   th e  n ex t  iter atio n /g e n er atio n .   T h is   iter atio n   is   s et  5   tim es  wh ich   is   eq u iv alen t  to   th e   r ep etitio n   o f   th e   r an d o m   n o d e  g en er atin g   p r o ce s s   in   t h e  p ath   o p tim izatio n   s p ac e,   s o   t h at  r ep o s itio n   d o es  n o t  r e d u ce   th e   q u o ta  o f   th e   o p tim izatio n   its elf .   Af ter   th e  ter m in atio n   cr iter ia   ar e   m et,   an o t h er   b ea co n   r ep o s itio n   is   ca r r ied   o u t.   Gr ad u ally ,   th e   r a n d o m   ap p o in tm e n t  o f   b ea co n s   th at   ar e   r ep o s itio n ed   is   w h at  m a k es  th e  p r o p o s al  ca lled   th e   b atch   b ea co n   o p tim izatio n   m eth o d .   T h is   p r o ce s s   s to r es     an d   as  a  n o te,   th e      i s     wh ich   h as  b ee n   o p tim ized   b y   ap p ly in g   Alg o r ith m   7 .     co n s is t s   o f   b ea co n   n o d es  co n n ec tin g     with      .   B ec au s e  it  im p lem en ts   a   d i r ec t  co n n ec tio n   o f   n o d es  t o   t h e  f u r th est  n o d es  th at  is   co lli s io n - f r ee ,   t h e  n u m b er   o f   b ea c o n   n o d es  o f   th is   p ath   is   clea r ly   less   th an   all  th e  n o d es  co n tain e d   in     o th er   th an     an d    .   T h e   n u m b er   o f   b ea co n   n o d e s     is   th en   c o n s id er ed   as  a  d ec is io n   v ar iab le  i n   th e   o p tim izat io n   p r o ce s s   u s in g   HB M O.   T h e  s m all   n u m b er   m ak es  it  r elev an t  f o r   H B MO s   to   ca r r y   o u t  o p tim izatio n   b y   m o v i n g   th eir   lo ca tio n s   to   r elev an t  ar ea s .   T h is   d is p lace m en t  is   lim ited   b y   t h e  r ad iu s     f o r   all  b ea co n   n o d e s .   Ap ar t  f r o m   th at,   th e  cr iter ia  f o r   th is   d ec is io n   v ar iab le  ar e  to   ad h er e  to   a  c o n n ec tio n   with o u t  co llis io n s   with   o b s tacle s   in   th e   en v ir o n m en t.  Fu r th e r m o r e,   c o n s id er in g   th at  th e  p ath   f r o m   t h e  b ea co n   n o d e  r e p r esen ts   a  ca n d id ate  s o lu tio n ,   th e  f itn ess   f u n ctio n   u s ed   is   th e  p ath   co s t  wh ich   ca lcu lates  t h e  to tal  co n n ec tio n   d is tan ce   f r o m    −    th r o u g h   th e  b ea co n   n o d es.  T h u s ,   f o r   th e  p u r p o s e  o f   g en e r atin g   o p tim al  p ath s   th is   ty p e  o f   o p tim izatio n   r ef er s   to   m in im izin g   th e  s ea r ch   s p ac e  with   lim ited   tim e.   B ased   o n   th is   tim e  lim itatio n ,   th e  H B MO   g en er atio n   is   r eg u lated   ac c o r d in g   to   th e  n u m b er   o f   r e m ain in g   s am p les  to war d s   th e  s p ec if ied   m ax im u m   s am p lin g .   HB MO   with   a  d ep lo y m en t  p atter n   lik e  th is   allo ws   th e  b ea co n   n o d e   to   s h if t  to   an o th er   ar ea ,   with   th e  p o ten tia l  to   b e   co n n ec ted   d ir ec tly   to   an o th er   f ar th est  b ea co n   n o d e.   So   as  to   en d   th e  cy cle  o f   d eter m in i n g   th e  b est  p ath ,   p ath   o p tim izatio n   is   ca r r ied   o u t   ag ain   at  t h e  e n d   o f   th e   p r o ce s s   b ef o r e   th e   f in al   p ath   is   d eter m in ed .   Ov er all,   t h is   p r o p o s ed   m eth o d   ca n   b e  s ee n   in   th e  f lo wch a r t in   Fig u r e  2 .     Alg o r ith m   6 .   HB MO - o p tim ized   Fas t - RRT *   Input:  ,  ,    Output: A path    connecting    and     for  = 1 :   ←     (  )    ←  ( , )    ←    (  , )   ←   (  ,  )   if      (  , )     ←  (  , , )    ← ℎ   ( ,  ,  , )   ←   ( ,  ,  , )   ←  ( , ,  )   if   ∈    ←  ℎ ( )    ←  ℎ ( ,  )    ←  (  ,  , + 1 )   endif   endif   endfor     Alg o r ith m   7 .   Op tim ize  p ath   Input:   ,   Output:     = [ ]   ℎ  = 1   for  = 1 :   ℎ ( ) − 1   ←   ( ℎ  , )   if      (  , )     continue   else     ℎ ← 1 : − 1   ℎ  = − 1    ← (   ℎ )   endif   endfor    ←  ( )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 52   In d o n esian   J   E lec   E n g   &   C o m p   Sci ,  Vo l.  3 8 ,   No .   1 ,  Ap r il   20 2 5 :   1 07 - 1 19   114       Fig u r e  2 .   Flo wch ar t  o f   p r o p o s ed   alg o r ith m       4.   RE SU L T S AN D  D I SCU SS I O N    To   v er if y   ef f ec tiv en ess ,   th e  p r o p o s ed   m eth o d   is   ap p lied   t o   s o lv e  g lo b al  p ath   p lan n in g   p r o b lem s .   T h er e  ar e  3   ty p es  o f   en v ir o n m en tal  m o d els,  ca teg o r ized   i n to   m az e  en v ir o n m en ts   with   wid e  h allway s   an d   m az es  with   n ar r o w  h allway s ,   wh ich   will  b e  u s ed   f o r   th is   tr i al .   I t  is   n o t  o n l y   th e  s u cc ess   o f   th e  m eth o d   th at  is   to   b e  test ed   th r o u g h   th is   ex p e r im en t  an d   test in g ,   b u t  also   t h e  v alid ity   o f   th e   ef f ec tiv e n ess   o f   th e  m et h o d   in   ter m s   o f   o p tim ality   an d   co n v e r g en ce   r ate.   T h is   b asis   is   th e  b asis   f o r   test in g   wh ich   will  in v o lv e  co m p ar is o n s   with   p r ev io u s   m eth o d s ,   s u ch   as  R R T - Star ,   Fas t - RRT ,   an d   HB MO - ass is ted   Fa s t - R R T .   T o   o b tain   a  f air   co m p ar is o n   an d   an aly s is ,   th e  p ar am eter izatio n   an d   d ete r m in atio n   o f   s tar t  p o in ts ,   an d   g o al  p o in ts   ar e  eq u alize d .   T h e  s tar tin g   p o in t  i s   p lace d   at  ( 5 ,   7 5 )   an d   th e  g o al  p o in t  at  ( 7 5 ,   5 )   with   th e  n u m b er   o f   s am p lin g s   allo wed   s et  b ased   o n   th e  c o m p lex ity   o f   th e  test   en v ir o n m en t.  Fo r   a   co m p ar is o n   o f   th e  p er f o r m an ce   o f   t h e   th r ee   m eth o d s   f o r   t h e  f ir s t e n v ir o n m en t,  i n   Fig u r e  3 .   As  s h o wn   in   Fig u r e  3 ,   th e   th r ee   d if f er e n t  m eth o d s   ca n   p r o p er ly   s o lv e  t h e  p r o b lem   with   a   s am p lin g   tim e  o f   1 5 0 0 .   Ho wev er ,   th eir   s am p lin g   r eq u ir em en ts   to   f in d   th e  in itial  p ath   ar e  d i f f er en t   to   ea ch   o th er .   T h e   R R T *   r eq u ir es 1 2 0 3   r e p etitiv e  s am p lin g   as c an   b e  s ee n   in   Fig u r e  3 ( a) ,   Fas t - R R T   r eq u ir es 1 0 9 4   as c an   b e  s ee n   in   Fig u r e  3 ( b ) ,   an d   th e  p r o p o s ed   m eth o d   is   1 0 0 9   as  ca n   b e  s ee n   in   Fig u r e  3 ( c) .   T h is   s h o ws  th at  th e  p r o p o s e d   m eth o d   is   lik e   Fas t - R R T   f o r   t h e  co n v er g e n ce   r ate   v alu e .   T h is   ac h iev em en t   is   lo g ical,   b e ca u s e  th e  p r o p o s ed   m eth o d   ap p lies   th e  s am e  tech n iq u es  d u r i n g   ex p lo r atio n ,   n a m ely ,   th e  ap p licatio n   o f   f ast  s am p lin g   an d   r an d o m   s teer in g .   Ho wev e r ,   r ef er r i n g   to   th e   co s t  p ath   s h o wn   i n   Fig u r e  3 ,   th e   p r o p o s ed   m eth o d   p r o v id es  b etter   v alu es   th an   th e  two   p r ed ec ess o r   m et h o d s .   T h is   p r o v es  th at  th e  p r o p o s ed   m eth o d   ca n   p r o v id e  m o r e  o p tim al  v alu es  ev en   th o u g h   th er e  a r e  s am p lin g   r estrictio n s   allo wed   d u r in g   p r o b lem   s o lv in g .   As  n o te,   th e  r ed   b u llets   ar e  th e   b ea co n   co n tain e d   b y   p ath   b ef o r e  th e   o p tim izatio n   co n d u cted .   T h e   g r ee n   b u llets   ar e  t h e  r e p r esen tativ e  b ea co n s   af ter   th ey   ar e  au to m atica lly   ad ju s ted   b y   HB MO .   Acc o r d in g   to   th e  d u r atio n   f o r   all  p r o c ess es,  th e  p r o p o s ed   m eth o d   also   f aster   th a n   o th e r   i n v o lv e d   m eth o d s   in   T ab le  1 .   Up   to   th is   p o in t,   th e  HB MO   s h o ws  its   r o le  to   im p r o v e   o p tim ality   o f   p r e v io u s   p ath .   Ho w ev er ,   ex p er im en ts   o n   th e  1 s t  en v ir o n m en t  al o n e  ar e   n o t  e n o u g h   to   p r o v e   th at  th e  p r o p o s ed   m eth o d   is   m o r e   ef f ec tiv e.   T h er ef o r e,   a  s ec o n d   ex p er im en t  was  ca r r ied   o u t  an d   th e  r esu lts   ca n   b e  s ee n   v i s u ally   in   Fig u r e  4 .   B y   co n tin u in g   to   u s e  th e  p er m itted   n u m b e r   o f   s am p les,  n am ely   7 0 0 0   tim es,  th e  p er f o r m a n ce   o f   th e  th r ee   m eth o d s   was  co m p ar ed   ag ain .   I n   th is   s ec o n d   en v ir o n m en t,   th er e   ar e   a  n u m b er   o f   p ass ag es  with   n ar r o wer   d is tan ce s   an d   it  is   m an d ato r y   to   p ass   th em   to   b e  ab le   to   ex p lo r e  t h e  ar ea   n ea r   th e   g o al  p o in t.   Ac co r d i n g   to   t h e  r eq u ir e d   s am p lin g   tim e,   R R T *   n ee d s   6 4 3 0   tim es  o f   s am p lin g   t o   g et  th e  in itial  p ath ,   Fas t - R R T   n ee d s   5 4 6 3   tim es,  an d   th e  p r o p o s ed   m eth o d   5 3 4 6   tim es.  T h e  n ee d   f o r   lar g er   s am p lin g   s h o ws  th at  th e  R R T *   is   h av in g   d if f icu lty   ca r r y in g   o u t e x p lo r atio n   b y   r el y in g   o n l y   o n   u n if o r m l y   g en er a ted   s am p lin g   as c an   b e  s ee n   in   Fig u r e  4 ( a) .   So ,   it   ca n   b e   s aid   th at   b y   m ai n tain in g   th e   im p r o v e d - R R T   wh ich   in clu d es  Fas t - Sam p lin g   a n d   R an d o m   Steer in g ,   Fas t - R R T   an d   th e  p r o p o s ed   m eth o d   ca n   s h o w  b etter   r esu lt s .   Fu r th er m o r e,   t h e  p ath   g en e r ated   b y   R R T *   d o es   n o t  h av e  s u f f icien t  o p tim ality   with   q u ite  h ig h   co s ts .   Me an wh ile,   in   Fas t  R R T ,   th e  o p tim ality   o f   th e  p ath   is   s till   n o t  en o u g h   e v en   th o u g h   a  lar g e  s am p lin g   h as  b ee n   co m p leted .   T h is   is   ca u s ed   b y   th e  ab s en ce   o f   a  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2 5 0 2 - 4 7 52       A   HB MO - b a s ed   b a tch   b ea c o n   a d ju s tmen t fo r   imp r o vin g   th e  F a s t - RRT   ( Heru   S u w o yo )   115   r ewir in g   p r o ce s s   wh ich   ca n   b e  u s ef u l  f o r   r e - d eter m in in g   c o n n ec tio n s   to   n o d es  o n   th e  s u b - p ath .   Ap ar t  f r o m   th at,   th e  n o n - o p tim al  p ath   is   al s o   th o u g h t to   b e  ca u s ed   b y   th e   f u s io n   s tep   n o t b ein g   ab le  to   r u n   p r o p er ly   d u e  t o   th e  f ailu r e  to   g et  a  n ew  p at h   th at  is   b etter   th an   th e   p r ev i o u s   o p tim al  p ath .   E v e n   th o u g h   p a th   o p tim izatio n   h as   b ee n   im p lem en te d ,   th e  f in al  o p tim ality   is   s till   lack in g   an d   wo r s e  co m p ar e d   to   R R T * ,   with   p ath   co s t  o f   1 7 9 . 2 2 4 3   as  ca n   b e  s ee n   in   Fig u r e  4 ( b ) .   I t  m ig h t  b e  d u e  t o   th e  in f lu en ce   o f   th e  p r ev io u s   o p tim al ity   o r   n o   wir in g   p r o ce s s   m ain tain in g   th e  q u ality   o f   th e  p r e v io u s ly   o b t ain ed   p ath .   Me an wh ile,   f o r   th e  p r o p o s ed   m eth o d   in   th is   s ec o n d   ca s e,   p er f o r m an ce   h as  s h o wn   ef f ec tiv en ess   with   a  co s t  p ath   o f   1 4 7 . 4 1 7 5   at  t h e  s am e  n u m b e r   o f   s am p les   as c an   b e  s ee n   in   Fig u r e  4 ( c) .           ( a)   ( b )       ( c)     Fig u r e  3 .   T h e  p er f o r m a n ce   o f   ( a)   R R T * ,   ( b )   Fas t - R R T ,   an d   ( c)   HB MO - o p tim ized   Fas t - R R T           ( a)   ( b )       ( c)     Fig u r e  4 .   T h e  p er f o r m a n ce   o f   ( a)   R R T * ,   ( b )   Fas t - R R T ,   an d   ( c)   HB MO - o p tim ized   Fas t - R R T   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 52   In d o n esian   J   E lec   E n g   &   C o m p   Sci ,  Vo l.  3 8 ,   No .   1 ,  Ap r il   20 2 5 :   1 07 - 1 19   116   T ab le  1 .   Du r atio n   f o r   s o lv in g   t h e  p r o b lem   Te st i n g   c r i t e r i a   R R T*   F a st - R R T   H B M O - o p t i m i z e d   F a st - RRT   D u r a t i o n   ( s e c o n d )   6 4 . 4 3 5 2   5 9 . 1 5 4 2   5 8 . 7 7 4 4   C o s t   p a t h   1 1 7 . 6 4 5 5   1 4 0 . 6 7 5 7   1 1 2 . 4 8 4 4       Alth o u g h   b y   r ef er r i n g   to   th e  r esu lts   in   F ig u r e  4   th e  ef f ec tiv e n ess   o f   th e  p r o p o s ed   m eth o d   c an   alr ea d y   b e  p r o v en ,   to   i n cr ea s e  co n f i d e n ce   th eir   p er f o r m a n ce s   ar e  co m p ar ed   in   ter m   o f   d u r atio n   n e ed   to   s o lv in g   p ath   p lan n in g ,   as  s h o w n   in   T ab le   2 .   Mo r eo v er ,   to   a g ain   v alid ity   th e  e f f ec tiv en ess   o f   p r o p o s ed   m eth o d   t h ir d   ex p er im en t  was  co n d u cte d .   E v en   th o u g h   th e  s tar tin g   an d   g o al  p o s itio n   ar e  p lace d   in   th e   s am e  p o s itio n ,   th e   co m p lex ity   o f   en v i r o n m e n t  is   in cr ea s ed .   T h is   co m p le x ity   is   r ep r esen ted   b y   th e  p r esen ce   o f   a  g r ea ter   n u m b e r   o f   n a r r o w   alley s   co m p a r ed   to   p r ev io u s   e n v ir o n m en ts .   R ef er r in g   to   th is   co m p lex ity ,   t h e  n u m b er   o f   s am p lin g s   allo wed   is   7 0 0 0   an d   th e  p e r f o r m a n ce   is   ex am in ed   in   t er m s   o f   o p tim ality   an d   co n v er g en ce   r ate.   T h e   p o s itio n in g   o f   th e  s tar tin g   a n d   g o al  n o d es  in   th i s   th ir d   ca s e  r ef er s   to   th e  n ee d   to   test   th e  ex p lo r atio n   p r o ce s s   th r o u g h   a   n ar r o w  p ass ag e.   T h e  r esu lts   o f   th is   ex p er im en t   ca n   b e  s ee n   in   Fig u r e   5 .   I n   th is   ex p er im en t,   R R T *   r eq u ir es  6 8 7 0   tim es  o f    s am p lin g   to   g et  th e   in itial  p ath   ( Fig u r e  5 ( a) ) ,   Fas t - R R T   6 1 3 6   ( Fi g u r e  5 ( b ) ) ,   a n d   th e   p r o p o s ed   alg o r ith m   r eq u ir es 6 0 9 0   tim es o f   s am p lin g   ( Fig u r e   5 ( c) ) .   R ef er r in g   to   Fig u r e   5 ,   th e   p ath   co s t  g iv en   b y   th e  p r o p o s ed   m eth o d   ag ai n   s h o ws  th e  b est  v alu e   co m p ar ed   to   R R T *   an d   Fas t - R R T .   J u d g in g   f r o m   th e   co n v er g en ce   r ate,   it  h as   s im ilar ities   with   Fas t - R R T   wh ich   is   clea r ly   f aster   in   th e  s ea r ch   p r o ce s s .   So ,   it  ca n   b e  s aid   th at  th e  p r o p o s ed   m eth o d   c an   ef f ec tiv ely   ad o p t   th e  ad v a n tag es  o f   Fas t - R R T   an d   th e   ad v a n tag es  o f   R R T *   in   u n if ied   wo r k .   T h e  p r ec is e  u s e  o f   R R T *   wh ich   is   o p er ated   a f te r   f ast - s am p lin g   a n d   r a n d o m   s am p lin g   h av e  b ee n   ca r r ied   o u t  s eq u en tially ,   h as  a  p o s itiv e  im p ac t   wh en   en v ir o n m e n tal  co m p lex ity   is   in cr ea s ed .   Fu r t h er m o r e,   b y   c o n s id er in g   th e   o p tim alit y   o f   R R T *   wh ich   p r o v id es  m o r e  e f f ec tiv e  v alu es  co m p ar ed   to   Fas t - R R T ,   th is   p r e cisi o n   is   f u r th e r   ju s tifie d .   So ,   it  is   s tr o n g   en o u g h   to   s ay   th at  th e   o p tim ality   o f   a  p ath   ca n   b e  in c r ea s ed   b y   in cl u d in g   a   r ewir in g   p r o ce s s ,   wh ich   is   n o t   f o u n d   in   Fas t - R R T .   Nex t,  to   en s u r e  th at  th e  wo r k in g   s p ee d   o f   th e  p r o p o s ed   m eth o d   is   also   b etter   th an   th e  o th er s ,   th e  d u r atio n   o f   s o lv in g   th e  p ath   p la n n in g   p r o b lem   is   g iv en   in   T ab le  3 .       T ab le  2 .   Du r atio n   f o r   s o lv in g   t h e  p r o b lem   Te st i n g   c r i t e r i a   R R T*   F a st - R R T   H B M O - o p t i m i z e d   F a st - RRT   D u r a t i o n   ( s e c o n d )   3 6 9 . 4 3 5 2   2 5 3 . 9 3 0 3   2 3 9 . 9 3 0 3   C o s t   P a t h   1 5 6 . 4 6 4 2   1 7 9 . 2 2 4 3   1 4 7 . 4 1 7 5           ( a)   ( b )       ( c)     Fig u r e  5 .   T h e  p er f o r m a n ce   of   ( a)   R R T * ,   ( b )   Fas t - R R T ,   an d   ( c)   HB MO - o p tim ized   Fas t - R R T   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.