Reinforcement based mobile robot path planning with improved dynamic window approach in unknown environment

计算机科学 运动规划 机器人 人工智能 机器人学 移动机器人 强化学习 窗口(计算) 路径(计算) 功能(生物学) 领域(数学) 实时计算 数学 生物 操作系统 进化生物学 程序设计语言 纯数学
作者
Long-Wen Chang,Liang Shan,Chao Jiang,Yuewei Dai
出处
期刊:Autonomous Robots [Springer Nature]
卷期号:45 (1): 51-76 被引量:118
标识
DOI:10.1007/s10514-020-09947-4
摘要

Mobile robot path planning in an unknown environment is a fundamental and challenging problem in the field of robotics. Dynamic window approach (DWA) is an effective method of local path planning, however some of its evaluation functions are inadequate and the algorithm for choosing the weights of these functions is lacking, which makes it highly dependent on the global reference and prone to fail in an unknown environment. In this paper, an improved DWA based on Q-learning is proposed. First, the original evaluation functions are modified and extended by adding two new evaluation functions to enhance the performance of global navigation. Then, considering the balance of effectiveness and speed, we define the state space, action space and reward function of the adopted Q-learning algorithm for the robot motion planning. After that, the parameters of the proposed DWA are adaptively learned by Q-learning and a trained agent is obtained to adapt to the unknown environment. At last, by a series of comparative simulations, the proposed method shows higher navigation efficiency and successful rate in the complex unknown environment. The proposed method is also validated in experiments based on XQ-4 Pro robot to verify its navigation capability in both static and dynamic environment.

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