Метод оптимизации траектории мобильного робота в поле источников-репеллеров

Рассматривается процедура корректировки траектории движения робототехнической платформы (РТП) на плоскости с целью снижения вероятности её поражения/обнаружения в поле конечного числа источников-репеллеров. Каждый из таких источников описан математической моделью некоторого фактора противодействия целостности или скрытности РТП. Указанная процедура основана, с одной стороны, на понятии характерной вероятностной функции системы источников-репеллеров, позволяющем оценивать степень влияния этих источников на движущуюся РТП. Из этого понятия вытекает используемая здесь в качестве показателя оптимизации целевой траектории вероятность её успешного прохождения. С другой стороны, эта процедура базируется на решении локальных оптимизационных задач, позволяющих корректировать отдельные участки исходной траектории с учетом нахождения в их окрестностях конкретных источниковрепеллеров с заданными параметрами. Каждый из таких источников характеризуется потенциалом, частотой воздействия, радиусом действия и параметрами спада поля. Корректировка траектории происходит итерационно и учитывает целевое значение вероятности прохождения. Основным ограничением на вариацию исходной траектории является максимально допустимое отклонение измененной траектории от исходной. Если такого ограничения нет, то задача может потерять смысл, поскольку тогда можно выделить область, охватывающую все препятствия и источники, и обойти её по периметру. Поэтому осуществляется поиск такого локального экстремума, который соответствует допустимой кривой в смысле указанного ограничения. Предлагаемая в настоящей работе итерационная процедура позволяет проводить поиск соответствующих локальных максимумов вероятности прохождения РТП в поле нескольких произвольно расположенных и ориентированных источников в некоторой окрестности исходной траектории. Вначале ставится и решается задача оптимизации траектории при условии движения в поле одного источника с областью действия в виде кругового сектора, затем полученный результат распространяется на случай нескольких аналогичных источников. Основной проблемой исследования является выбор общего вида функционала в каждой точке исходной кривой, а также его коэффициентов настройки. Показано, что выбор этих коэффициентов настройки есть адаптивная процедура, входными переменными которой являются характерные геометрические величины, описывающие текущую траекторию в поле источников. Для устранения осцилляций, возникающих вследствие локальности предлагаемой процедуры, применяются стандартные процедуры медианного сглаживания. Результаты моделирования показывают высокую эффективность предложенной процедуры для корректировки ранее спланированной траектории

Optimization of mobile robot movement on a plane with finite number of repeller sources

The paper considers the problem of planning a mobile robot movement in a conflict environment, which is characterized by the presence of areas that impede the robot to complete the tasks. The main results of path planning in the conflict environment are considered. Special attention is paid to the approaches based on the risk functions and probabilistic methods. The conflict areas, which are formed by point sources that create in the general case asymmetric fields of a continuous type, are observed. A probabilistic description of such fields is proposed, examples of which are the probability of detection or defeat of a mobile robot. As a field description, the concept of characteristic probability function of the source is introduced; which allows us to optimize the movement of the robot in the conflict environment. The connection between the characteristic probability function of the source and the risk function, which can be used to formulate and solve simplified optimization problems, is demonstrated. The algorithm for mobile robot path planning that ensures the given probability of passing the conflict environment is being developed. An upper bound for the probability of the given environment passing under fixed boundary conditions is obtained. A procedure for optimizing the robot path in the conflict environment is proposed, which is characterized by higher computational efficiency achieved by avoiding the search for an exact optimal solution to a suboptimal one. A procedure is proposed for optimizing the robot path in the conflict environment, which is characterized by higher computational efficiency achieved by avoiding the search for an exact optimal solution to a suboptimal one. The proposed algorithms are implemented in the form of a software simulator for a group of ground-based robots and are studied by numerical simulation methods

Trajectory Planning Algorithms in Two-Dimensional Environment with Obstacles

This article proposes algorithms for planning and controlling the movement of a mobile robot in a two-dimensional stationary environment with obstacles. The task is to reduce the length of the planned path, take into account the dynamic constraints of the robot and obtain a smooth trajectory. To take into account the dynamic constraints of the mobile robot, virtual obstacles are added to the map to cover the unfeasible sectors of the movement. This way of accounting for dynamic constraints allows the use of map-oriented methods without increasing their complexity. An improved version of the rapidly exploring random tree algorithm (multi-parent nodes RRT – MPN-RRT) is proposed as a global planning algorithm. Several parent nodes decrease the length of the planned path in comprise with the original one-node version of RRT. The shortest path on the constructed graph is found using the ant colony optimization algorithm. It is shown that the use of two-parent nodes can reduce the average path length for an urban environment with a low building density. To solve the problem of slow convergence of algorithms based on random search and path smoothing, the RRT algorithm is supplemented with a local optimization algorithm. The RRT algorithm searches for a global path, which is smoothed and optimized by an iterative local algorithm. The lower-level control algorithms developed in this article automatically decrease the robot’s velocity when approaching obstacles or turning. The overall efficiency of the developed algorithms is demonstrated by numerical simulation methods using a large number of experiments

Determining crystal phase purity in c-BP through X-ray absorption spectroscopy

Citation: Determining crystal phase purity in c-BP through X-ray absorption spectroscopy. S. P. Huber, V. V. Medvedev, E. Gullikson, B. Padavala, J. H. Edgar, R. W. E. van de Kruijs, F. Bijkerk, and D. Prendergast. Phys. Chem. Chem. Phys. 19 8174--8187 (2017) 10.1039/c6cp06967cWe employ X-ray absorption near-edge spectroscopy at the boron K-edge and the phosphorus L2,3-edge to study the structural properties of cubic boron phosphide (c-BP) samples. The X-ray absorption spectra are modeled from first-principles within the density functional theory framework using the excited electron core-hole (XCH) approach. A simple structural model of a perfect c-BP crystal accurately reproduces the P L2,3-edge, however it fails to describe the broad and gradual onset of the B K-edge. Simulations of the spectroscopic signatures in boron 1s excitations of intrinsic point defects and the hexagonal BP crystal phase show that these additions to the structural model cannot reproduce the broad pre-edge of the experimental spectrum. Calculated formation enthalpies show that, during the growth of c-BP, it is possible that amorphous boron phases can be grown in conjunction with the desired boron phosphide crystalline phase. In combination with experimental and theoretically obtained X-ray absorption spectra of an amorphous boron structure, which have a similar broad absorption onset in the B K-edge spectrum as the cubic boron phosphide samples, we provide evidence for the presence of amorphous boron clusters in the synthesized c-BP samples

Diffraction of EUV radiation on free-standing grid structures: theory and experiment

Application of metal mesh filters were recently proposed for suppression of scattered infrared radiation in laser-produced plasma EUV sources. However, performance of such filters in EUV region has not been thoroughly analyzed yet. We have investigated EUV transmittance of different gird filters. The rigorous coupled-wave analysis has been used in numerical study of diffraction efficiencies. Comparison of numerical results with scalar theory of diffraction has been performed. Dependence of EUV transmittance on grid geometrical parameters has been found. Finally, in-band EUV transmittance has been measured at normal incidence. Experimental and theoretical results are found to be in a good agreement