実用的に実行可能なオンライン3Dビンパッキング方策の学習
Learning Practically Feasible Policies for Online 3D Bin Packing
オンライン3Dビンパッキングを強化学習で解き、積み上げ安定性の高速解析や次元ごとの分離方策、ロボットアームの衝突回避を容易にする報酬設計により実用的なパッキング方策を実現した。
著者: Hang Zhao, Chenyang Zhu, Xin Xu, Hui Huang, Kai Xu
分類: cs.RO, cs.LG
原文アブストラクト
We tackle the Online 3D Bin Packing Problem, a challenging yet practically useful variant of the classical Bin Packing Problem. In this problem, the items are delivered to the agent without informing the full sequence information. Agent must directly pack these items into the target bin stably without changing their arrival order, and no further adjustment is permitted. Online 3D-BPP can be naturally formulated as Markov Decision Process (MDP). We adopt deep reinforcement learning, in particular, the on-policy actor-critic framework, to solve this MDP with constrained action space. To learn a practically feasible packing policy, we propose three critical designs. First, we propose an online analysis of packing stability based on a novel stacking tree. It attains a high analysis accuracy while reducing the computational complexity from $O(N^2)$ to $O(N \log N)$, making it especially suited for RL training. Second, we propose a decoupled packing policy learning for different dimensions of placement which enables high-resolution spatial discretization and hence high packing precision. Third, we introduce a reward function that dictates the robot to place items in a far-to-near order and therefore simplifies the collision avoidance in movement planning of the robotic arm. Furthermore, we provide a comprehensive discussion on several key implemental issues. The extensive evaluation demonstrates that our learned policy outperforms the state-of-the-art methods significantly and is practically usable for real-world applications.
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