Dynamic Trajectory Planning of a 7-DOF Surgical Robot Based on HER-DDPG Algorithm

弹道 强化学习 避障 计算机科学 背景(考古学) 运动规划 机器人 障碍物 移动机器人 避碰 人工智能 模拟 计算机视觉 碰撞 生物 计算机安全 物理 古生物学 法学 政治学 天文
作者
Qitao Hou,Chenchen Gu,Xiaoyu Wang,Yating Zhang,Ping Zhao
标识
DOI:10.1115/imece2021-70294
摘要

Abstract Traditional trajectory planning approaches are currently lacking in intelligence and autonomy. We used the reinforcement learning approach to solve the autonomous trajectory planning of the robot arm to avoid obstacles with uniform motion and hit the target point quickly with obstacle avoidance planning for surgical robots taken as the practical background. We used the algorithm of experience playback mechanism combined with off-policy DDPG based on reinforcement learning, and after several iterations, the robot completed trajectory planning with obstacle avoidance autonomously. Moving obstacles were added to roughly simulate the autonomous obstacle avoidance of a surgical robotic arm with moving medical personnel or mobile instruments in the operating room, based on the simple trajectory planning example of Open-AI Open-Source Project Baseline, combined with the research context. Sparse rewards were used for each iteration based on the HER algorithm, so that each attempt could gain experience. The HER-DDPG method can quickly complete the manipulator’s trajectory planning in a simulation environment, which is critical for the surgical robot’s autonomous positioning in the real world. Furthermore, the experience playback system has been tested to allow full use of sparse rewards and handle parallel tasks equally well.
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