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  5. Nearest-Neighbor-based Collision Avoidance for Quadrotors via Reinforcement Learning
 
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2022
Zweitveröffentlichung
Konferenzveröffentlichung
Postprint

Nearest-Neighbor-based Collision Avoidance for Quadrotors via Reinforcement Learning

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Hauptpublikation
Cui_et_al_2022_Nearest-Neighbor-based_Collision_Avoidance_for_Quadrotors_via_Reinforcement_Learning.pdf
Urheberrechtlich geschützt
Format: Adobe PDF
Size: 4.09 MB
TUDa URI
tuda/12909
URN
urn:nbn:de:tuda-tuprints-289269
DOI
10.26083/tuprints-00028926
Autor:innen
Ourari, Ramzi
Cui, Kai ORCID 0000-0002-2605-0386
Elshamanhory, Ahmed
Koeppl, Heinz ORCID 0000-0002-8305-9379
Kurzbeschreibung (Abstract)

Collision avoidance algorithms are of central interest to many drone applications. In particular, decentralized approaches may be the key to enabling robust drone swarm solutions in cases where centralized communication becomes computationally prohibitive. In this work, we draw biological inspiration from flocks of starlings (Sturnus vulgaris) and apply the insight to end-to-end learned decentralized collision avoidance. More specifically, we propose a new, scalable observation model following a biomimetic nearest-neighbor information constraint that leads to fast learning and good collision avoidance behavior. By proposing a general reinforcement learning approach, we obtain an end-to-end learning-based approach to integrating collision avoidance with arbitrary tasks such as package collection and formation change. To validate the generality of this approach, we successfully apply our methodology through motion models of medium complexity, modeling momentum and nonetheless allowing direct application to real world quadrotors in conjunction with a standard PID controller. In contrast to prior works, we find that in our sufficiently rich motion model, nearest-neighbor information is indeed enough to learn effective collision avoidance behavior. Our learned policies are tested in simulation and subsequently transferred to real-world drones to validate their real-world applicability.

Freie Schlagworte

Automation

Computational modelin...

Biological system mod...

Reinforcement learnin...

Behavioral sciences

Complexity theory

Collision avoidance

Sprache
Englisch
Fachbereich/-gebiet
18 Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Nachrichtentechnik > Bioinspirierte Kommunikationssysteme
18 Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Self-Organizing Systems Lab
DDC
000 Allgemeines, Informatik, Informationswissenschaft > 004 Informatik
500 Naturwissenschaften und Mathematik > 570 Biowissenschaften, Biologie
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 621.3 Elektrotechnik, Elektronik
Institution
Universitäts- und Landesbibliothek Darmstadt
Ort
Darmstadt
Veranstaltungstitel
2022 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA)
Veranstaltungsort
Philadelphia, PA, USA
Startdatum der Veranstaltung
23.05.2022
Enddatum der Veranstaltung
27.05.2022
Buchtitel
2022 International Conference on Robotics and Automation (ICRA)
Startseite
293
Endseite
300
ISBN
978-1-7281-9681-7
Verlag
IEEE
Publikationsjahr der Erstveröffentlichung
2022
PPN
525243887
Ergänzende Ressourcen (Supplement)
https://ieeexplore.ieee.org/document/9812221/media#media

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