269 research outputs found

    Motion Planning for Autonomous Vehicles in Partially Observable Environments

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    Unsicherheiten, welche aus Sensorrauschen oder nicht beobachtbaren Manöverintentionen anderer Verkehrsteilnehmer resultieren, akkumulieren sich in der Datenverarbeitungskette eines autonomen Fahrzeugs und führen zu einer unvollständigen oder fehlinterpretierten Umfeldrepräsentation. Dadurch weisen Bewegungsplaner in vielen Fällen ein konservatives Verhalten auf. Diese Dissertation entwickelt zwei Bewegungsplaner, welche die Defizite der vorgelagerten Verarbeitungsmodule durch Ausnutzung der Reaktionsfähigkeit des Fahrzeugs kompensieren. Diese Arbeit präsentiert zuerst eine ausgiebige Analyse über die Ursachen und Klassifikation der Unsicherheiten und zeigt die Eigenschaften eines idealen Bewegungsplaners auf. Anschließend befasst sie sich mit der mathematischen Modellierung der Fahrziele sowie den Randbedingungen, welche die Sicherheit gewährleisten. Das resultierende Planungsproblem wird mit zwei unterschiedlichen Methoden in Echtzeit gelöst: Zuerst mit nichtlinearer Optimierung und danach, indem es als teilweise beobachtbarer Markov-Entscheidungsprozess (POMDP) formuliert und die Lösung mit Stichproben angenähert wird. Der auf nichtlinearer Optimierung basierende Planer betrachtet mehrere Manöveroptionen mit individuellen Auftrittswahrscheinlichkeiten und berechnet daraus ein Bewegungsprofil. Er garantiert Sicherheit, indem er die Realisierbarkeit einer zufallsbeschränkten Rückfalloption gewährleistet. Der Beitrag zum POMDP-Framework konzentriert sich auf die Verbesserung der Stichprobeneffizienz in der Monte-Carlo-Planung. Erstens werden Informationsbelohnungen definiert, welche die Stichproben zu Aktionen führen, die eine höhere Belohnung ergeben. Dabei wird die Auswahl der Stichproben für das reward-shaped Problem durch die Verwendung einer allgemeinen Heuristik verbessert. Zweitens wird die Kontinuität in der Reward-Struktur für die Aktionsauswahl ausgenutzt und dadurch signifikante Leistungsverbesserungen erzielt. Evaluierungen zeigen, dass mit diesen Planern große Erfolge in Fahrversuchen und Simulationsstudien mit komplexen Interaktionsmodellen erreicht werden

    Role Playing Learning for Socially Concomitant Mobile Robot Navigation

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    In this paper, we present the Role Playing Learning (RPL) scheme for a mobile robot to navigate socially with its human companion in populated environments. Neural networks (NN) are constructed to parameterize a stochastic policy that directly maps sensory data collected by the robot to its velocity outputs, while respecting a set of social norms. An efficient simulative learning environment is built with maps and pedestrians trajectories collected from a number of real-world crowd data sets. In each learning iteration, a robot equipped with the NN policy is created virtually in the learning environment to play itself as a companied pedestrian and navigate towards a goal in a socially concomitant manner. Thus, we call this process Role Playing Learning, which is formulated under a reinforcement learning (RL) framework. The NN policy is optimized end-to-end using Trust Region Policy Optimization (TRPO), with consideration of the imperfectness of robot's sensor measurements. Simulative and experimental results are provided to demonstrate the efficacy and superiority of our method

    Health Aware Stochastic Planning For Persistent Package Delivery Missions Using Quadrotors

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    In persistent missions, taking system’s health and capability degradation into account is an essential factor to predict and avoid failures. The state space in health-aware planning problems is often a mixture of continuous vehicle-level and discrete mission-level states. This in particular poses a challenge when the mission domain is partially observable and restricts the use of computationally expensive forward search methods. This paper presents a method that exploits a structure that exists in many health-aware planning problems and performs a two-layer planning scheme. The lower layer exploits the local linearization and Gaussian distribution assumption over vehicle-level states while the higher layer maintains a non-Gaussian distribution over discrete mission-level variables. This two-layer planning scheme allows us to limit the expensive online forward search to the mission-level states, and thus predict system’s behavior over longer horizons in the future. We demonstrate the performance of the method on a long duration package delivery mission using a quadrotor in a partially-observable domain in the presence of constraints and health/capability degradation

    Towards Optimally Decentralized Multi-Robot Collision Avoidance via Deep Reinforcement Learning

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    Developing a safe and efficient collision avoidance policy for multiple robots is challenging in the decentralized scenarios where each robot generate its paths without observing other robots' states and intents. While other distributed multi-robot collision avoidance systems exist, they often require extracting agent-level features to plan a local collision-free action, which can be computationally prohibitive and not robust. More importantly, in practice the performance of these methods are much lower than their centralized counterparts. We present a decentralized sensor-level collision avoidance policy for multi-robot systems, which directly maps raw sensor measurements to an agent's steering commands in terms of movement velocity. As a first step toward reducing the performance gap between decentralized and centralized methods, we present a multi-scenario multi-stage training framework to find an optimal policy which is trained over a large number of robots on rich, complex environments simultaneously using a policy gradient based reinforcement learning algorithm. We validate the learned sensor-level collision avoidance policy in a variety of simulated scenarios with thorough performance evaluations and show that the final learned policy is able to find time efficient, collision-free paths for a large-scale robot system. We also demonstrate that the learned policy can be well generalized to new scenarios that do not appear in the entire training period, including navigating a heterogeneous group of robots and a large-scale scenario with 100 robots. Videos are available at https://sites.google.com/view/drlmac
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