Deep Learning and Game Theory for AI-Enabled Human-Robot Collaboration System Design in Industry 4.0

强化学习 运动规划 趋同(经济学) 计算机科学 机器人 启发式 路径(计算) 博弈论 移动机器人 深度学习 碰撞 数学优化 人工智能 模拟 机器学习 数学 计算机安全 经济 数理经济学 经济增长 程序设计语言
作者
Yuan Xing,Dongfang Hou,Jason Liu,Holly Yuan,Abhishek Verma,Wei Shi
标识
DOI:10.1109/ccwc60891.2024.10427753
摘要

In this paper, an optimization problem in a human-robot collaboration system is addressed. In Industry 4.0, mobile robots and stationary human workers work simultaneously in the same working environment. The robots have to determine the optimal path to move while avoiding colliding with the human workers and other robots. The challenge is for the robots to determine their optimal paths while avoiding collisions with both human workers and other robots. Traditional Deep Reinforcement Learning exhibits poor performance in this complex scenario, primarily due to slow convergence. To mitigate this issue, we propose a hybrid approach that combines Deep Reinforcement Learning with game theory. In the algorithm, first, a heuristic approach is used to evaluate the potential for collisions between robots. If no collision risk is detected, the Deep Reinforcement Learning algorithm is used to determine the optimal path for each robot in serial with the working environment updated iteratively. If the collision risk exists, a cooperative game is formulated within the Deep Reinforcement Learning algorithm framework to resolve the collision concern. The numerical results prove the superiority of the proposed algorithm in solving the distributed path planning problem for each robot compared with the state-of-the-art.
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