Task and Motion Planning (TAMP) requires the integration of symbolic reasoning with metric motion planning that accounts for the robot's actions' geometric feasibility. This hierarchical structure inevitably prevents the symbolic planners from accessing the environment's low-level geometric description, vital to the problem's solution. Most TAMP approaches fail to provide feasible solutions when there is missing knowledge about the environment at the symbolic level. The incapability of devising alternative high-level plans leads existing planners to a dead end. We propose a novel approach for decision-making on extended decision spaces over plan skeletons and action parameters. We integrate top-k planning for constructing an explicit skeleton space, where a skeleton planner generates a variety of candidate skeleton plans. Moreover, we effectively combine this skeleton space with the resultant motion parameter spaces into a single extended decision space. Accordingly, we use Monte-Carlo Tree Search (MCTS) to ensure an exploration-exploitation balance at each decision node and optimize globally to produce minimum-cost solutions. The proposed seamless combination of symbolic top-k planning with streams, with the proved optimality of MCTS, leads to a powerful planning algorithm that can handle the combinatorial complexity of long-horizon manipulation tasks. We empirically evaluate our proposed algorithm in challenging manipulation tasks with different domains that require multi-stage decisions and show how our method can overcome dead-ends through its effective alternate plans compared to its most competitive baseline method.


翻译:任务和运动规划(TAMP)要求将象征性推理与衡量机器人行动几何可行性的参数规划相结合。这种等级结构不可避免地阻止象征性规划者获取环境的低层次几何描述,这对于解决问题至关重要。大多数TAMP方法在缺乏关于环境的象征性知识时无法提供可行的解决办法。设计替代高层次计划的能力导致现有规划者陷入死胡同。我们提议了一种新颖的方法,用于对延长决定空间的决策,以说明机器人行动的几何可行性。我们整合了用于建造明确骨架空间的顶层规划,使骨架规划者产生各种候选骨架计划。此外,我们有效地将这一骨架空间与由此产生的运动参数空间结合起来,形成一个单一的扩展决策空间。因此,我们利用蒙特卡洛树搜索(MCTS)来确保在每一个决策节点上实现探索-开发平衡,并优化全球范围,以产生最低成本解决方案。我们提议将象征性的顶层规划与流和经证明的最佳性 MCTT,导致一个强大的规划算法,能够处理我们提出的最具有挑战性、最复杂程度的机理学方法。

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