Mobile Robot Path Planning in Dynamic Environments Through Globally Guided Reinforcement Learning

强化学习 运动规划 计算机科学 移动机器人 机器人 障碍物 避障 路径(计算) 人工智能 利用 分布式计算 机器学习 计算机安全 地理 计算机网络 考古
作者
Binyu Wang,Zhe Liu,Qingbiao Li,Amanda Prorok
出处
期刊:IEEE robotics and automation letters [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:5 (4): 6932-6939 被引量:245
标识
DOI:10.1109/lra.2020.3026638
摘要

Path planning for mobile robots in large dynamic environments is a challenging problem, as the robots are required to efficiently reach their given goals while simultaneously avoiding potential conflicts with other robots or dynamic objects. In the presence of dynamic obstacles, traditional solutions usually employ re-planning strategies, which re-call a planning algorithm to search for an alternative path whenever the robot encounters a conflict. However, such re-planning strategies often cause unnecessary detours. To address this issue, we propose a learning-based technique that exploits environmental spatio-temporal information. Different from existing learning-based methods, we introduce a globally guided reinforcement learning approach (G2RL), which incorporates a novel reward structure that generalizes to arbitrary environments. We apply G2RL to solve the multi-robot path planning problem in a fully distributed reactive manner. We evaluate our method across different map types, obstacle densities, and the number of robots. Experimental results show that G2RL generalizes well, outperforming existing distributed methods, and performing very similarly to fully centralized state-of-the-art benchmarks.
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