In many robotic applications, it is crucial to maintain a belief about the state of a system, which serves as input for planning and decision making and provides feedback during task execution. Bayesian Filtering algorithms address this state estimation problem, but they require models of process dynamics and sensory observations and the respective noise characteristics of these models. Recently, multiple works have demonstrated that these models can be learned by end-to-end training through differentiable versions of recursive filtering algorithms. In this work, we investigate the advantages of differentiable filters (DFs) over both unstructured learning approaches and manually-tuned filtering algorithms, and provide practical guidance to researchers interested in applying such differentiable filters. For this, we implement DFs with four different underlying filtering algorithms and compare them in extensive experiments. Specifically, we (i) evaluate different implementation choices and training approaches, (ii) investigate how well complex models of uncertainty can be learned in DFs, (iii) evaluate the effect of end-to-end training through DFs and (iv) compare the DFs among each other and to unstructured LSTM models.


翻译:在许多机器人应用中,重要的是要保持对系统状态的信念,该系统是规划和决策的投入,并在任务执行期间提供反馈。巴伊西亚过滤算法解决了这种状态估计问题,但是它们需要过程动态和感知观测模型以及这些模型各自的噪音特性。最近,多项工程表明,这些模型可以通过不同版本的循环过滤算法进行端到端培训来学习。在这项工作中,我们调查了不同过滤器(DF)对于无结构的学习方法和人工调控过滤算法的优势,并为有兴趣应用这种不同过滤法的研究人员提供了实用指导。为此,我们用四种不同的基础过滤算法执行DF,并在广泛的实验中进行比较。具体地说,我们(一) 评价不同的执行选择和培训方法,(二) 调查在DF中如何很好地学习复杂的不确定性模型,(三) 评价通过DF和(四) 比较每个不同的DF和不结构的LSTM模型。

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