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Integrating deep reinforcement learning and improved artificial potential field method for safe path planning for mobile robots

强化学习 运动规划 移动机器人 领域(数学) 计算机科学 路径(计算) 机器人 人工智能 势场 人机交互 地质学 数学 计算机网络 地球物理学 纯数学
作者
Sijie Tong,Qingchen Liu,Qichao Ma,Jiahu Qin
出处
期刊: [Emerald Publishing Limited]
卷期号:44 (6): 871-886 被引量:6
标识
DOI:10.1108/ria-01-2024-0011
摘要

Purpose This paper aims to address the safety concerns of path-planning algorithms in dynamic obstacle warehouse environments. It proposes a method that uses improved artificial potential fields (IAPF) as expert knowledge for an improved deep deterministic policy gradient (IDDPG) and designs a hierarchical strategy for robots through obstacle detection methods. Design/methodology/approach The IAPF algorithm is used as the expert experience of reinforcement learning (RL) to reduce the useless exploration in the early stage of RL training. A strategy-switching mechanism is introduced during training to adapt to various scenarios and overcome challenges related to sparse rewards. Sensor inputs, including light detection and ranging data, are integrated to detect obstacles around waypoints, guiding the robot toward the target point. Findings Simulation experiments demonstrate that the integrated use of IDDPG and the IAPF method significantly enhances the safety and training efficiency of path planning for mobile robots. Originality/value This method enhances safety by applying safety domain judgment rules to improve APF’s security and designing an obstacle detection method for better danger anticipation. It also boosts training efficiency through using IAPF as expert experience for DDPG and the classification storage and sampling design for the RL experience pool. Additionally, adjustments to the actor network’s update frequency expedite convergence.
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