Goals for planning problems are typically conceived of as subsets of the state space. However, for many practical planning problems in robotics, we expect the robot to predict goals, e.g. from noisy sensors or by generalizing learned models to novel contexts. In these cases, sets with uncertainty naturally extend to probability distributions. While a few works have used probability distributions as goals for planning, surprisingly no systematic treatment of planning to goal distributions exists in the literature. This article serves to fill that gap. We argue that goal distributions are a more appropriate goal representation than deterministic sets for many robotics applications. We present a novel approach to planning under uncertainty to goal distributions, which we use to highlight several advantages of the goal distribution formulation. We build on previous results in the literature by formally framing our approach as an instance of planning as inference. We additionally derive reductions of several common planning objectives as special cases of our probabilistic planning framework. Our experiments demonstrate the flexibility of probability distributions as a goal representation on a variety of problems including planar navigation among obstacles, intercepting a moving target, rolling a ball to a target location, and a 7-DOF robot arm reaching to grasp an object.


翻译:规划问题的目标通常被视为国家空间的子集。然而,对于机器人的许多实际规划问题,我们期望机器人预测目标,例如从噪音传感器或通过将学到的模型推广到新的环境。在这些情况下,不确定性自然地延伸到概率分布。虽然有几份著作将概率分布作为规划目标,但令人惊讶的是,文献中没有系统地处理目标分布的规划,这篇文章有助于填补这一空白。我们认为,目标分布比许多机器人应用的确定性数据集更适合目标分布。我们提出了一个在不确定性下规划目标分布的新办法,我们用它来突出目标分布的几种优势。我们利用文献中的以往成果,正式将我们的方法作为规划的范例,作为推导出。我们作为我们概率分布规划框架的特殊案例,还从若干共同规划目标中获取了削减。我们的实验表明,概率分布作为各种问题的目标代表具有灵活性,其中包括在各种障碍之间规划导航、拦截移动目标、将球滚动到目标位置和7-DOF机器人臂,以掌握目标物体。

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