Autonomous exploration has many important applications. However, classic information gain-based or frontier-based exploration only relies on the robot current state to determine the immediate exploration goal, which lacks the capability of predicting the value of future states and thus leads to inefficient exploration decisions. This paper presents a method to learn how "good" states are, measured by the state value function, to provide a guidance for robot exploration in real-world challenging environments. We formulate our work as an off-policy evaluation (OPE) problem for robot exploration (OPERE). It consists of offline Monte-Carlo training on real-world data and performs Temporal Difference (TD) online adaptation to optimize the trained value estimator. We also design an intrinsic reward function based on sensor information coverage to enable the robot to gain more information with sparse extrinsic rewards. Results show that our method enables the robot to predict the value of future states so as to better guide robot exploration. The proposed algorithm achieves better prediction and exploration performance compared with the state-of-the-arts. To the best of our knowledge, this work for the first time demonstrates value function prediction on real-world dataset for robot exploration in challenging subterranean and urban environments. More details and demo videos can be found at https://jeffreyyh.github.io/opere/.


翻译:自主探索具有诸多重要应用场景。然而,传统基于信息增益或前沿的探索方法仅依赖机器人当前状态决定即时探索目标,缺乏对未来状态价值的预测能力,导致探索决策效率低下。本文提出一种通过状态价值函数量化状态"优劣"的方法,为机器人在真实挑战环境中的探索提供引导。我们将此项研究形式化为机器人探索中的离线策略评估(OPE)问题(OPERE),该方法包含基于真实世界数据的离线蒙特卡洛训练,并通过时序差分(TD)在线适应优化训练所得价值估计器。同时,我们设计了一种基于传感器信息覆盖的内在奖励函数,使机器人在稀疏外在奖励下能获取更多信息。实验结果表明,该方法使机器人能够预测未来状态价值,从而更优地引导探索行为。与现有最优方法相比,所提算法在预测能力和探索性能上均表现更优。据我们所知,本工作首次在真实世界数据集上验证了价值函数预测在具有挑战性的地下及城市环境中的机器人探索能力。更多详情与演示视频请访问 https://jeffreyyh.github.io/opere/。

0
下载
关闭预览

相关内容

《计算机信息》杂志发表高质量的论文,扩大了运筹学和计算的范围,寻求有关理论、方法、实验、系统和应用方面的原创研究论文、新颖的调查和教程论文,以及描述新的和有用的软件工具的论文。官网链接:https://pubsonline.informs.org/journal/ijoc
专知会员服务
55+阅读 · 2020年9月7日
100+篇《自监督学习(Self-Supervised Learning)》论文最新合集
专知会员服务
167+阅读 · 2020年3月18日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
94+阅读 · 2019年10月10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
105+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
41+阅读 · 2019年10月9日
强化学习三篇论文 避免遗忘等
CreateAMind
20+阅读 · 2019年5月24日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
ResNet, AlexNet, VGG, Inception:各种卷积网络架构的理解
全球人工智能
20+阅读 · 2017年12月17日
【推荐】ResNet, AlexNet, VGG, Inception:各种卷积网络架构的理解
机器学习研究会
20+阅读 · 2017年12月17日
【推荐】GAN架构入门综述(资源汇总)
机器学习研究会
10+阅读 · 2017年9月3日
强化学习族谱
CreateAMind
26+阅读 · 2017年8月2日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2016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 · 2013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
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年7月12日
Adaptive Synthetic Characters for Military Training
Arxiv
50+阅读 · 2021年1月6日
VIP会员
最新内容
【剑桥博士论文】智能体-环境协同优化
专知会员服务
3+阅读 · 今天14:33
为初级军官战术训练设计生成式人工智能平台
专知会员服务
5+阅读 · 今天6:43
《美军条令:作战伤员后送保障》
专知会员服务
4+阅读 · 今天6:38
《美空军条令出版物 4-0,维持》
专知会员服务
4+阅读 · 今天6:32
《基于仿真的空军任务规划优化》
专知会员服务
4+阅读 · 今天6:21
相关VIP内容
相关资讯
强化学习三篇论文 避免遗忘等
CreateAMind
20+阅读 · 2019年5月24日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
ResNet, AlexNet, VGG, Inception:各种卷积网络架构的理解
全球人工智能
20+阅读 · 2017年12月17日
【推荐】ResNet, AlexNet, VGG, Inception:各种卷积网络架构的理解
机器学习研究会
20+阅读 · 2017年12月17日
【推荐】GAN架构入门综述(资源汇总)
机器学习研究会
10+阅读 · 2017年9月3日
强化学习族谱
CreateAMind
26+阅读 · 2017年8月2日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2016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 · 2013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
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员