Safety-Critical Path Planning for Obstacle Avoidance Based on Reinforcement Learning and Control Barrier Functions

避障 计算机科学 运动规划 强化学习 控制理论(社会学) 二次规划 控制(管理) 路径(计算) 控制器(灌溉) 数学优化 人工神经网络 方案(数学) 鲁棒控制 过程(计算) 观察员(物理) 运动控制 核(代数) 国家观察员 一般化 序列二次规划 最优控制 二次方程 人工智能 动态规划 控制系统 约束(计算机辅助设计) 先验与后验 增强学习 控制工程 上下界 国家(计算机科学) 车辆动力学 监督学习 模型预测控制
作者
Zhenyu Xu,Ke Wang,Chaoxu Mu,Tie Qiu
出处
期刊:IEEE Internet of Things Journal [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:12 (23): 51410-51421 被引量:4
标识
DOI:10.1109/jiot.2025.3614857
摘要

This article presents a safety-critical control framework for navigation in complex environments with numerous obstacles. An online robust path planning scheme is developed by integrating reinforcement learning (RL) with control barrier functions (CBFs). First, a disturbance observer is designed to estimate the unknown disturbance along with a derived upper bound of the estimation error. Then, a nominal controller is designed using RL, where a critic neural network (NN) structure is established by using state-following (StaF) kernel function. Additionally, by employing a state extrapolation technique, the learning process leverages both real-time and simulated experience data. To ensure safety, obstacle avoidance is formulated as a forward invariance problem of safe sets defined by CBFs. Subsequently, the CBF-based safety-critical constraints are integrated into a quadratic programming (QP) framework to modify the nominal controller. Furthermore, these CBFs are incorporated into a composite CBF using smooth approximation, enabling efficient constraint consolidation. Then, an explicit safe control policy is proposed that guarantees collision-free path planning. Finally, the effectiveness of the proposed scheme is demonstrated through numerical simulations, and comparative results show the advantages over the existing methods in motion trajectory.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
zwc发布了新的文献求助10
刚刚
彭于晏应助光亮的元容采纳,获得10
1秒前
仍歌杨柳春风完成签到,获得积分10
1秒前
Copyright应助凤凰采纳,获得10
2秒前
2秒前
2秒前
研友_LmbrXn发布了新的文献求助10
2秒前
开心盼秋完成签到,获得积分10
2秒前
颜云尔完成签到,获得积分10
3秒前
英姑应助Gao采纳,获得10
3秒前
Akim应助陈飞宇采纳,获得10
3秒前
4秒前
4秒前
乐观鑫鹏发布了新的文献求助10
4秒前
4秒前
蓝天发布了新的文献求助10
5秒前
5秒前
5秒前
大秦铁血完成签到,获得积分10
5秒前
加油完成签到,获得积分10
5秒前
ChenYX发布了新的文献求助50
7秒前
7秒前
ZN发布了新的文献求助10
7秒前
8秒前
abcdlove发布了新的文献求助10
9秒前
9秒前
insane发布了新的文献求助10
9秒前
眷念完成签到,获得积分10
10秒前
科研通AI6.4应助冰棍采纳,获得10
10秒前
小蘑菇应助标致电源采纳,获得10
10秒前
10秒前
10秒前
ding应助Someone采纳,获得10
10秒前
称心匕发布了新的文献求助10
12秒前
传奇3应助机智毛豆采纳,获得10
13秒前
13秒前
万能图书馆应助Bigwang采纳,获得10
13秒前
14秒前
已歌发布了新的文献求助10
14秒前
14秒前
高分求助中
Principles of Economics, 11th Edition 10000
University Physics with Modern Physics, 16th edition 10000
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Development of a Bridge Weigh-In-Motion System: A technology to convert the bridge response to the passage of traffic into data on vehicle configurations, speeds, times of travel and weights 1000
Current concepts in cutaneous toxicity : proceedings of the Fourth Conference on Cutaneous Toxicity, Washington, D.C., May 9-11, 1979 1000
ズームレンズの光学設計に関する研究 800
Fundamentals of Pharmaceutical and Biologics Regulations: A Global Perspective, Second Edition 700
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 内科学 物理 复合材料 催化作用 细胞生物学 无机化学 光电子学 物理化学 电极 基因
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7279977
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8901153
关于积分的说明 18827930
捐赠科研通 6952111
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3207298
关于科研通互助平台的介绍 2377600
邀请新用户注册赠送积分活动 2182295