室内环境下基于深度强化学习的路径规划方法研究

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随着汽车自动避障技术和服务机器人的逐渐发展,路径规划已经成为了移动机器人技术领域的热点问题。作为人工智能领域的深度强化学习由于不需要人工标记和不需要依赖先验知识的优势,目前多个领域已经结合实际应用对其进行了研究开发,同样在机器人路径规划任务中也有该方向的研究。本文使用单目相机作为机器人的感知手段,研究基于深度强化学习的室内自主避障问题。首先,在编码器-解码器网络结构的基础上,采用监督训练的方式,提出了一种可以利用单目视觉在嵌入式系统上实现高吞吐量高精度的轻量化深度估计的方法。目标嵌入式平台为Jetson TX2,在公开数据集NYU Depth V2上完成了模型的有效验证以及与其他深度估计算法的对比分析,表明该算法的优势性。其次,对深度强化学习的基础理论进行了深入的研究,针对DQN算法容易使Q值过估计,收敛较慢的特点,以及原始DQN算法中考虑影响因素片面而忽视了环境状态带来的价值,对原始DQN算法进行改进,使用改进后的算法与原始DQN网络进行对比实验,说明该方法的优势。然后,通过ROS系统和Gazebo仿真软件搭建了路径规划仿真的实验环境,用来进行静态避障算法的训练,再将仿真机器人Turtlebot2模型加入到仿真环境中,以此完成室内机器人路径规划仿真平台的搭建。最后,在建立的综合仿真平台中对Turtlebot2移动机器人进行深度强化学习算法模型的训练,之后在现实环境中进行了测试,验证了本文算法用于室内环境下路径规划任务的可行性。
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