Exploiting Problem Structure in Pathfinding

With a given map and a start and a goal position on the graph, a pathfinding algorithm typically searches on this graph from the start node and exploring its neighbour nodes until reaching the goal. It is closely related to the shortest path problem. A* is one of the best and most popular heuristic-guided algorithms used in pathfinding for video games. The algorithm always picks the node with the smallest f value and process this node. The f value is the sum of two parameters g (the actual cost from the start node to the current node) and h (estimated cost from the current node to the goal). At each step of the algorithm, the node with lowest f will be removed from an open list and its neighbour nodes with their f values would be updated in this list. The main cost of this algorithm is the frequent insertion and deleteMin operations of the open list. Typically, implementation of A* uses a priority queue or min-heap to implement the open list, which takes O(log n) for the operations in the worst case. But this is still expensive when using the algorithm in a large and complicated map with numerous nodes. We came up with a new data structure called multi-stack heap for the open list based on the 2D grid map and Manhattan distance, which only costs O(1) for insertion and deleteMin. It is very efficient especially when we have a considerable number of nodes to explore. Additionally, traditional A* requires checking whether the open list contains a duplicated of the being inserted node before every insertion, which takes O(n). We proposed a new implementation method based on admissible and consistent heuristic called “Check From Closed List”, it can reduce the time of this process to O(1)

Підсистема моделювання маршрутів руху мобільного транспортного робота

Пояснювальна записка магістерської дисертації складається з п’яти розділів, містить 24 таблиці, 8 додатків та 35 джерел – загалом 111 сторінок. Об`єкт дослідження: рух мобільних роботів по заданій карті з виконанням типових операцій. Мета дипломного проекту: покращення процесу планування маршруту руху шляхом розробки підсистеми для формування раціонального маршруту переміщення мобільного транспортного робота при виконанні робочих транспортних операцій для умов роботи в промислових приміщеннях, складах та теплицях з урахуванням карти приміщення, технологічних позицій для виконання типових операцій. У першому розділі було проведено аналіз рішень існуючих алгоритмів пошуку шляху та розбиття мапи на граф шляхів, їх переваги та недоліки та вибір алгоритмів для розробки плагіну. У другому розділі було проведено аналіз та вибір технологій для підсистеми, розроблено тестовий додаток для перевірки роботи алгоритмів. У третьому розділі було виконано детальний аналіз роботи по створенню плагіна пошуку оптимальних шляхів для мобільного транспортного робота у моделі промислового приміщення, розроблено та інтегровано плагін до RVIZ. В четвертому розділі було проаналізовано актуальність даного дослідження з економічної точки зору та запропоновано критерій для оцінки вартості експлуатації на основі критерію ТСО. У п’ятому розділі було описано та проаналізовано можливості та доцільність створення стартап-проекту на базі розробленої в даній магістерській роботі програмної системи.The explanatory note of the master's dissertation consists of five sections, contains 24 table, 8 applications and 35 sources - a total of 111 pages. The object of study: movement of mobile robots on a given map with the performance of typical operations. The aim of the diploma project: improving the path planning process by developing a subsystem for the formation of a rational mobile robot route when performing working transport operations for working conditions in industrial premises, warehouses and greenhouses, taking into account the room map, technological positions for typical operations. The first section analyzes the solutions of existing algorithms for finding the path and dividing the map into a graph of paths, their advantages and disadvantages and the choice of algorithms for developing the plugin. In the second section, the analysis and selection of technologies for the subsystem was performed, a test application was developed to test the operation of algorithms. In the third section, a detailed analysis of the work on creating a plugin for finding optimal paths for mobile transport robot in the model of industrial premises was performed, developed and integrated the plugin to RVIZ. The fourth section analyzed the relevance of this study from an economic point of view and proposed a criterion for estimating the cost of operation based on the criterion of TCO. In the fifth section the possibilities and expediency of creating a startup project on the basis of the software system developed in this master's thesis were described and analyzed

Спосіб пошуку шляху за допомогою Unity DOTS

Магістерська дисертація присвячена вивченню проблеми побудови шляху в довільному просторі за допомогою стеку технологій Unity DOTS. В роботі розглянуто та проведено аналіз основних сучасних методів пошуку шляху, методи моделювання середовища для пошуку шляху, процеси обчислення та відтворення шляху. Розглянуто засоби стеку технологій DOTS, проведено аналіз особливостей використання стеку технологій для вирішення та оптимізації задачі пошуку шляху. Окрім цього розглянуто процес побудови системи, що дозволяє користувачу контролювати сутності, що виконують пошук шляху. Основним аспектом роботи було створення системи пошуку шляху в довільному просторі, створення системи контролю сутностей, оптимізація швидкодії способу пошуку шляху за допомогою стеку DOTS.The master's thesis is devoted to the study of the problem of path construction in an arbitrary space using the Unity DOTS technology stack. The work considers and analyzes the main modern methods of pathfinding, methods of modeling of the environment for pathfinding, the processes of calculation and reproduction of the way. The tools of the DOTS technology stack were considered, and the features of using the technology stack to solve and optimize the pathfinding problem were analyzed. In addition, the process of building a system that allows the user to control the entities performing the path search is considered. The main aspect of the work was the creation of a pathfinding system in an arbitrary space, the creation of an entity control system, the optimization of the productivity of the pathfinding method using the DOTS stack

Waypoint Graph Based Fast Pathfinding in Dynamic Environment

Pathfinding is a fundamental task in many applications including robotics, computer games, and vehicle navigation. Waypoint graph is often used for pathfinding due to its advantage in specifying the space and obstacles in a region. Currently the waypoint graph based pathfinding suffers from large computation overhead and hence long latency in dynamic environment, where the location of obstacles may change. In this paper, we propose a fast approach for waypoint graph based pathfinding in such scenario. We eliminate unnecessary waypoints and edges to make the graph sparse. And then we design a prediction-based local method to handle the dynamic change in the environment. Extensive simulation has been done and the results show that the proposed approach outperforms existing approaches