Hybrid path planning for UAV using rapidly-expanding random trees and proximal policy optimization in complex environments

运动规划 适应性 避障 路径(计算) 计算机科学 强化学习 任务(项目管理) 树(集合论) 随机树 平滑度 数学优化 障碍物 点(几何) 人工智能 弹道 实时计算 质量(理念) 任意角度路径规划 马尔可夫决策过程 工程类 计算复杂性理论 起点 遥控水下航行器 优化算法 分布式计算 混合算法(约束满足) 线路规划
作者
Yuquan Fang,X Z Zhang,Zhengtian Wu,Baoping Jiang,Zhi Dou
标识
DOI:10.1177/09596518251399949
摘要

This paper proposes a hybrid Unmanned Aerial Vehicle (UAV) path planning method that combines the Rapidly-exploring Random Tree (RRT) algorithm with Proximal Policy Optimization (PPO). The proposed method aims to enhance the efficiency and adaptability of UAV path planning in complex and dynamic environments. The RRT algorithm excels at quickly generating a feasible path from a start point to a goal point. However, the quality of its paths is often suboptimal, and it lacks adaptability in dynamic settings. In contrast, PPO, a deep reinforcement learning algorithm, optimizes paths through iterative policy updates, enabling the UAV to adapt to environmental changes. Our approach first employs RRT to generate an initial path, which is subsequently refined by PPO to improve smoothness and adaptability. Experimental results demonstrate that the RRT-PPO hybrid method performs favorably in terms of path length, computational time, and obstacle avoidance capability, effectively improving the task completion efficiency of UAVs in complex environments.
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