Safety is crucial for robotic missions within an uncertain environment. Common safety requirements such as collision avoidance are only state-dependent, which can be restrictive for complex missions. In this work, we address a more general formulation as safe-return constraints, which require the existence of a return-policy to drive the system back to a set of safe states with high probability. The robot motion is modeled as a Markov Decision Process (MDP) with probabilistic labels, which can be highly non-ergodic. The robotic task is specified as Linear Temporal Logic (LTL) formulas over these labels, such as surveillance and transportation. We first provide theoretical guarantees on the re-formulation of such safe-return constraints, and a baseline solution based on computing two complete product automata. Furthermore, to tackle the computational complexity, we propose a hierarchical planning algorithm that combines the feature-based symbolic and temporal abstraction with constrained optimization. It synthesizes simultaneously two dependent motion policies: the outbound policy minimizes the overall cost of satisfying the task with a high probability, while the return policy ensures the safe-return constraints. The problem formulation is versatile regarding the robot model, task specifications and safety constraints. The proposed hierarchical algorithm is more efficient and can solve much larger problems than the baseline solution, with only a slight loss of optimality. Numerical validations include simulations and hardware experiments of a search-and-rescue mission and a planetary exploration mission over various system sizes.


翻译:避免碰撞等常见安全要求仅取决于国家,对复杂任务具有限制性。在这项工作中,我们首先从理论上保证这种安全返回限制的重新制定规模,并基于计算两个完整的产品自动成型的基线解决方案。此外,为了解决计算的复杂性,我们提议一个等级规划算法,将基于特性的象征和时间抽象与限制优化结合起来。它同时综合两种依赖性运动政策:超越性的政策尽可能减少完成这项任务的总体成本,而返回政策则确保安全返回限制。 问题的拟订只能包括一个比机器人模型、任务基准规格和任务标准更精细的标准化。

0
下载
关闭预览

相关内容

最优化是应用数学的一个分支,主要指在一定条件限制下,选取某种研究方案使目标达到最优的一种方法。最优化问题在当今的军事、工程、管理等领域有着极其广泛的应用。
【干货书】机器学习速查手册,135页pdf
专知会员服务
125+阅读 · 2020年11月20日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
152+阅读 · 2019年10月12日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
174+阅读 · 2019年10月11日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
103+阅读 · 2019年10月9日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
39+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
28+阅读 · 2019年5月18日
深度自进化聚类:Deep Self-Evolution Clustering
我爱读PAMI
15+阅读 · 2019年4月13日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
17+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3日
大神 一年100篇论文
CreateAMind
15+阅读 · 2018年12月31日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
17+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
Arxiv
14+阅读 · 2020年12月17日
Arxiv
13+阅读 · 2019年11月14日
VIP会员
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
28+阅读 · 2019年5月18日
深度自进化聚类:Deep Self-Evolution Clustering
我爱读PAMI
15+阅读 · 2019年4月13日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
17+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3日
大神 一年100篇论文
CreateAMind
15+阅读 · 2018年12月31日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
17+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员