The ability to accurately predict human behavior is central to the safety and efficiency of robot autonomy in interactive settings. Unfortunately, robots often lack access to key information on which these predictions may hinge, such as people's goals, attention, and willingness to cooperate. Dual control theory addresses this challenge by treating unknown parameters of a predictive model as stochastic hidden states and inferring their values at runtime using information gathered during system operation. While able to optimally and automatically trade off exploration and exploitation, dual control is computationally intractable for general interactive motion planning, mainly due to the fundamental coupling between robot trajectory optimization and human intent inference. In this paper, we present a novel algorithmic approach to enable active uncertainty reduction for interactive motion planning based on the implicit dual control paradigm. Our approach relies on sampling-based approximation of stochastic dynamic programming, leading to a model predictive control problem that can be readily solved by real-time gradient-based optimization methods. The resulting policy is shown to preserve the dual control effect for a broad class of predictive human models with both continuous and categorical uncertainty. The efficacy of our approach is demonstrated with simulated driving examples.


翻译:准确预测人类行为的能力是互动环境中机器人自主性的安全和效率的核心。 不幸的是,机器人往往缺乏获取这些预测所依赖的关键信息的途径,如人的目标、注意力和合作意愿。双重控制理论通过将预测模型的未知参数作为随机隐蔽的隐藏状态来应对这一挑战,并利用系统运行期间收集的信息在运行时推断出其价值。双重控制虽然能够最佳和自动地交换探索和开发,但对于一般互动运动规划而言,在计算上很难实现双重控制,这主要是因为机器人轨道优化和人类意图推断之间的根本联动。在本文件中,我们提出了一个新型的算法方法,以便根据隐含的双重控制模式积极减少互动运动规划的不确定性。我们的方法依靠基于抽样的随机随机动态编程近似,从而导致一个模型预测控制问题,通过实时梯度优化方法很容易解决。由此产生的政策表明,可以保持具有连续和绝对不确定性的大规模预测型人类模型的双重控制效果。我们的方法的功效通过模拟驱动示例来证明。

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