A General Framework of Motion Planning for Redundant Robot Manipulator Based on Deep Reinforcement Learning

运动规划 强化学习 反向动力学 计算机科学 配置空间 运动学 人工智能 机器人 熵(时间箭头) 笛卡尔坐标系 数学优化 数学 几何学 量子力学 经典力学 物理
作者
Xiangjian Li,Huashan Liu,Menghua Dong
出处
期刊:IEEE Transactions on Industrial Informatics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:18 (8): 5253-5263 被引量:80
标识
DOI:10.1109/tii.2021.3125447
摘要

Motion planning and its optimization is vital and difficult for redundant robot manipulator in an environment with obstacles. In this article, a general motion planning framework that integrates deep reinforcement learning (DRL) is proposed to explore the length-optimal path in Cartesian space and to derive the energy-optimal solution to inverse kinematics. First, based on the maximum entropy framework and Tsallis entropy, a DRL algorithm with clipped automatic entropy adjustment is proposed to make the agent to be qualified to cope with diverse tasks. Second, a path planning structure that combines traditional path planner and DRL is proposed, which integrates the powerful exploration capability of the former and exploitation of experience replay of the latter to enhance the planning performance. Third, based on the exploration ability of DRL and the nonlinear fitting ability of artificial neural networks, a structure is proposed to provide an energy-optimal inverse kinematics solution for redundant robot manipulators. Finally, experimental results on both simulated and real-world customized scenarios have verified the performance of the proposed work.
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