Collision-Free Trajectory Planning of Mobile Robots by Integrating Deep Reinforcement Learning and Model Predictive Control

弹道 强化学习 计算机科学 移动机器人 避碰 模型预测控制 运动规划 机器人 人工智能 碰撞 跟踪(教育) 路径(计算) 控制(管理) 物理 程序设计语言 心理学 天文 计算机安全 教育学
作者
Ze Zhang,Yao Cai,Kristian Ceder,Arvid Enliden,Ossian Eriksson,Soleil Kylander,R. Sridhara,Knut Åkesson
标识
DOI:10.1109/case56687.2023.10260515
摘要

In this paper, we present an efficient approach to real-time collision-free navigation for mobile robots. By integrating deep reinforcement learning with model predictive control, our aim is to achieve both collision avoidance and computational efficiency. The methodology begins with training a preliminary agent using deep Q-learning, enabling it to generate actions for next time steps. Instead of executing these actions, a reference trajectory is generated based on them, which avoids obstacles present on the original reference path. Subsequently, this local trajectory is employed within an MPC trajectory-tracking framework to provide collision-free guidance for the mobile robot. Experimental results demonstrate that the proposed DQN-MPC hybrid approach outperforms pure MPC in terms of time efficiency and solution quality.
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