避免碰撞是移动机器人和代理在现实世界中安全运作的关键。在这项工作中，我们提出了一个有效而有效的避免碰撞系统，该系统结合了现实世界增强学习（RL），基于搜索的在线轨迹计划和自动紧急干预，例如自动紧急制动（AEB）。RL的目的是学习有效的搜索启发式方法，以加快寻找无碰撞轨迹的搜索并减少触发自动紧急干预措施的频率。这种新颖的设置使RL能够在现实世界中的室内环境中安全，直接在移动机器人上学习，从而最大程度地减少培训的实际崩溃。我们的现实世界实验表明，与多个基线相比，我们的方法具有更高的平均速度，较低的崩溃率，更高的目标达到速率，较小的计算开销以及整体控制更平滑。

Robot navigation in dynamic environments shared with humans is an important but challenging task, which suffers from performance deterioration as the crowd grows. In this paper, multi-subgoal robot navigation approach based on deep reinforcement learning is proposed, which can reason about more comprehensive relationships among all agents (robot and humans). Specifically, the next position point is planned for the robot by introducing history information and interactions in our work. Firstly, based on subgraph network, the history information of all agents is aggregated before encoding interactions through a graph neural network, so as to improve the ability of the robot to anticipate the future scenarios implicitly. Further consideration, in order to reduce the probability of unreliable next position points, the selection module is designed after policy network in the reinforcement learning framework. In addition, the next position point generated from the selection module satisfied the task requirements better than that obtained directly from the policy network. The experiments demonstrate that our approach outperforms state-of-the-art approaches in terms of both success rate and collision rate, especially in crowded human environments.

谷仓（基准自动驾驶机器人导航）挑战在宾夕法尼亚州费城的2022年IEEE国际机器人和自动化国际会议（ICRA 2022）举行。挑战的目的是评估最先进的自动地面导航系统，以安全有效的方式将机器人通过高度约束的环境移动。具体而言，任务是将标准化的差分驱动地面机器人从预定义的开始位置导航到目标位置，而不会与模拟和现实世界中的任何障碍相撞。来自世界各地的五支球队参加了合格的模拟比赛，其中三支受邀在费城会议中心的一组身体障碍课程中相互竞争。竞争结果表明，尽管表面上显得简单，即使对于经验丰富的机器人主义者来说，在高度约束空间中的自主地面导航实际上远非解决问题。在本文中，我们讨论了挑战，前三名获胜团队所使用的方法以及学到的教训以指导未来的研究。

尽管移动操作在工业和服务机器人技术方面都重要，但仍然是一个重大挑战，因为它需要将最终效应轨迹的无缝整合与导航技能以及对长匹马的推理。现有方法难以控制大型配置空间，并导航动态和未知环境。在先前的工作中，我们建议将移动操纵任务分解为任务空间中最终效果的简化运动生成器，并将移动设备分解为训练有素的强化学习代理，以说明移动基础的运动基础，以说明运动的运动可行性。在这项工作中，我们引入了移动操作的神经导航（n $^2 $ m $^2 $），该导航将这种分解扩展到复杂的障碍环境，并使其能够解决现实世界中的广泛任务。最终的方法可以在未探索的环境中执行看不见的长马任务，同时立即对动态障碍和环境变化做出反应。同时，它提供了一种定义新的移动操作任务的简单方法。我们证明了我们提出的方法在多个运动学上多样化的移动操纵器上进行的广泛模拟和现实实验的能力。代码和视频可在http://mobile-rl.cs.uni-freiburg.de上公开获得。

在本文中，我们研究了DRL算法在本地导航问题的应用，其中机器人仅配备有限​​量距离的外部感受传感器（例如LIDAR），在未知和混乱的工作区中朝着目标位置移动。基于DRL的碰撞避免政策具有一些优势，但是一旦他们学习合适的动作的能力仅限于传感器范围，它们就非常容易受到本地最小值的影响。由于大多数机器人在非结构化环境中执行任务，因此寻求能够避免本地最小值的广义本地导航政策，尤其是在未经训练的情况下，这是非常兴趣的。为此，我们提出了一种新颖的奖励功能，该功能结合了在训练阶段获得的地图信息，从而提高了代理商故意最佳行动方案的能力。另外，我们使用SAC算法来训练我们的ANN，这表明在最先进的文献中比其他人更有效。一组SIM到SIM和SIM到现实的实验表明，我们提出的奖励与SAC相结合的表现优于比较局部最小值和避免碰撞的方法。

安全是自主系统的关键组成部分，仍然是现实世界中要使用的基于学习的政策的挑战。特别是，由于不安全的行为，使用强化学习学习的政策通常无法推广到新的环境。在本文中，我们提出了SIM到LAB到实验室，以弥合现实差距，并提供概率保证的安全意见政策分配。为了提高安全性，我们采用双重政策设置，其中通过累积任务奖励对绩效政策进行培训，并通过根据汉密尔顿 - 雅各布（Hamilton-Jacobi）（HJ）达到可达性分析来培训备用（安全）政策。在SIM到LAB转移中，我们采用监督控制方案来掩盖探索过程中不安全的行动；在实验室到实验室的转移中，我们利用大约正确的（PAC） - 贝斯框架来提供有关在看不见环境中政策的预期性能和安全性的下限。此外，从HJ可达性分析继承，界限说明了每个环境中最坏情况安全性的期望。我们从经验上研究了两种类型的室内环境中的自我视频导航框架，具有不同程度的光真实性。我们还通过具有四足机器人的真实室内空间中的硬件实验来证明强大的概括性能。有关补充材料，请参见https://sites.google.com/princeton.edu/sim-to-lab-to-real。

社会意识的机器人导航，其中需要机器人来优化其轨迹，除了到达没有碰撞的目标的目标外，还可以保持与人类的舒适和柔顺的空间互动，是人类背景下导航机器人的基本尚容的任务-robot互动。随着基于学习的方法已经实现了比以前的基于模型的方法更好的性能，它们仍然存在一些缺点：加强学习方法，在手工制作的奖励中回复优化，不太可能全面地模拟社会合会，可以导致奖励剥削问题;通过人类示范学习政策的反增强学习方法遭受昂贵的和部分样本，并且需要广泛的特征工程来合理。在本文中，我们提出了Fapl，一种反馈高效的互动强化学习方法，蒸煮了人的偏好和舒适性，成为奖励模型，作为指导代理人探索社会合准性的潜在方面的教师。介绍了混合体验和违规学习，以提高样品和人体反馈的效率。广泛的模拟实验证明了FAPPL的优势。用户学习，在现实世界中，在现实世界的情况下与人类导航的情况，进一步评估了定性地评估了学习机器人行为的好处。

尽管数十年的努力，但在真正的情景中的机器人导航具有波动性，不确定性，复杂性和歧义（vuca短暂），仍然是一个具有挑战性的话题。受到中枢神经系统（CNS）的启发，我们提出了一个在Vuca环境中的自主导航的分层多专家学习框架。通过考虑目标位置，路径成本和安全水平的启发式探索机制，上层执行同时映射探索和路线规划，以避免陷入盲巷，类似于CNS中的大脑。使用本地自适应模型融合多种差异策略，下层追求碰撞 - 避免和直接策略之间的平衡，作为CNS中的小脑。我们在多个平台上进行仿真和实际实验，包括腿部和轮式机器人。实验结果表明我们的算法在任务成就，时间效率和安全性方面优于现有方法。

在狭窄的空间中，基于传统层次自治系统的运动计划可能会导致映射，定位和控制噪声引起碰撞。此外，当无映射时，它将被禁用。为了解决这些问题，我们利用深厚的加强学习，可以证明可以有效地进行自我决策，从而在狭窄的空间中自探索而无需地图，同时避免碰撞。具体而言，基于我们的Ackermann-Steering矩形Zebrat机器人及其凉亭模拟器，我们建议矩形安全区域来表示状态并检测矩形形状的机器人的碰撞，以及无需精心制作的奖励功能，不需要增强功能。目的地信息。然后，我们在模拟的狭窄轨道中基准了五种增强学习算法，包括DDPG，DQN，SAC，PPO和PPO-DISCRETE。经过训练，良好的DDPG和DQN型号可以转移到三个全新的模拟轨道上，然后转移到三个现实世界中。

This paper addresses the kinodynamic motion planning for non-holonomic robots in dynamic environments with both static and dynamic obstacles -- a challenging problem that lacks a universal solution yet. One of the promising approaches to solve it is decomposing the problem into the smaller sub problems and combining the local solutions into the global one. The crux of any planning method for non-holonomic robots is the generation of motion primitives that generates solutions to local planning sub-problems. In this work we introduce a novel learnable steering function (policy), which takes into account kinodynamic constraints of the robot and both static and dynamic obstacles. This policy is efficiently trained via the policy optimization. Empirically, we show that our steering function generalizes well to unseen problems. We then plug in the trained policy into the sampling-based and lattice-based planners, and evaluate the resultant POLAMP algorithm (Policy Optimization that Learns Adaptive Motion Primitives) in a range of challenging setups that involve a car-like robot operating in the obstacle-rich parking-lot environments. We show that POLAMP is able to plan collision-free kinodynamic trajectories with success rates higher than 92%, when 50 simultaneously moving obstacles populate the environment showing better performance than the state-of-the-art competitors.

这项工作研究了图像目标导航问题，需要通过真正拥挤的环境引导具有嘈杂传感器和控制的机器人。最近的富有成效的方法依赖于深度加强学习，并学习模拟环境中的导航政策，这些环境比真实环境更简单。直接将这些训练有素的策略转移到真正的环境可能非常具有挑战性甚至危险。我们用由四个解耦模块组成的分层导航方法来解决这个问题。第一模块在机器人导航期间维护障碍物映射。第二个将定期预测实时地图上的长期目标。第三个计划碰撞命令集以导航到长期目标，而最终模块将机器人正确靠近目标图像。四个模块是单独开发的，以适应真实拥挤的情景中的图像目标导航。此外，分层分解对导航目标规划，碰撞避免和导航结束预测的学习进行了解耦，这在导航训练期间减少了搜索空间，并有助于改善以前看不见的真实场景的概括。我们通过移动机器人评估模拟器和现实世界中的方法。结果表明，我们的方法优于多种导航基线，可以在这些方案中成功实现导航任务。

我们提出了一种新颖的户外导航算法，以生成稳定，有效的动作，以将机器人导航到目标。我们使用多阶段的训练管道，并表明我们的模型产生了政策，从而在复杂的地形上导致稳定且可靠的机器人导航。基于近端政策优化（PPO）算法，我们开发了一种新颖的方法来实现户外导航任务的多种功能，即：减轻机器人的漂移，使机器人在颠簸的地形上保持稳定，避免在山丘上攀登，并具有陡峭的山坡，并改变了山坡，并保持了陡峭的高度变化，并使机器人稳定在山坡上，并避免了攀岩地面上的攀登，并避免了机器人的攀岩地形，并避免了机器人的攀岩地形。避免碰撞。我们的培训过程通过引入更广泛的环境和机器人参数以及统一模拟器中LIDAR感知的丰富特征来减轻现实（SIM到现实）差距。我们使用Clearphith Husky和Jackal在模拟和现实世界中评估我们的方法。此外，我们将我们的方法与最先进的方法进行了比较，并表明在现实世界中，它在不平坦的地形上至少提高了30.7％通过防止机器人在高梯度的区域移动，机器人在每个运动步骤处的高程变化。

为多个机器人制定安全，稳定和高效的避免障碍政策是具有挑战性的。大多数现有研究要么使用集中控制，要么需要与其他机器人进行通信。在本文中，我们提出了一种基于对数地图的新型对数深度强化学习方法，以避免复杂且无通信的多机器人方案。特别是，我们的方法将激光信息转换为对数图。为了提高训练速度和概括性能，我们的政策将在两个专门设计的多机器人方案中进行培训。与其他方法相比，对数图可以更准确地表示障碍，并提高避免障碍的成功率。我们最终在各种模拟和现实情况下评估了我们的方法。结果表明，我们的方法为复杂的多机器人场景和行人场景中的机器人提供了一种更稳定，更有效的导航解决方案。视频可在https://youtu.be/r0esuxe6mze上找到。

Efficient use of the space in an elevator is very necessary for a service robot, due to the need for reducing the amount of time caused by waiting for the next elevator. To provide a solution for this, we propose a hybrid approach that combines reinforcement learning (RL) with voice interaction for robot navigation in the scene of entering the elevator. RL provides robots with a high exploration ability to find a new clear path to enter the elevator compared to traditional navigation methods such as Optimal Reciprocal Collision Avoidance (ORCA). The proposed method allows the robot to take an active clear path action towards the elevator whilst a crowd of people stands at the entrance of the elevator wherein there are still lots of space. This is done by embedding a clear path action (voice prompt) into the RL framework, and the proposed navigation policy helps the robot to finish tasks efficiently and safely. Our model approach provides a great improvement in the success rate and reward of entering the elevator compared to state-of-the-art navigation policies without active clear path operation.

本文介绍了一种可以在非通信和局部可观察条件下应用的新型混合多机器人运动计划。策划员是无模型的，可以实现多机器人状态和观察信息的端到端映射到最终平滑和连续的轨迹。规划师是前端和后端分离的架构。前端协作航点搜索模块的设计基于具有分散执行图的集中培训下的多代理软演员批评算法。后端轨迹优化模块的设计基于具有安全区域约束的最小快照方法。该模块可以输出最终动态可行和可执行的轨迹。最后，多组实验结果验证了拟议的运动计划员的有效性。

In the field of autonomous robots, reinforcement learning (RL) is an increasingly used method to solve the task of dynamic obstacle avoidance for mobile robots, autonomous ships, and drones. A common practice to train those agents is to use a training environment with random initialization of agent and obstacles. Such approaches might suffer from a low coverage of high-risk scenarios in training, leading to impaired final performance of obstacle avoidance. This paper proposes a general training environment where we gain control over the difficulty of the obstacle avoidance task by using short training episodes and assessing the difficulty by two metrics: The number of obstacles and a collision risk metric. We found that shifting the training towards a greater task difficulty can massively increase the final performance. A baseline agent, using a traditional training environment based on random initialization of agent and obstacles and longer training episodes, leads to a significantly weaker performance. To prove the generalizability of the proposed approach, we designed two realistic use cases: A mobile robot and a maritime ship under the threat of approaching obstacles. In both applications, the previous results can be confirmed, which emphasizes the general usability of the proposed approach, detached from a specific application context and independent of the agent's dynamics. We further added Gaussian noise to the sensor signals, resulting in only a marginal degradation of performance and thus indicating solid robustness of the trained agent.

在动态人类环境中，机器人安全，以社会符合社会的方式移动是长期机器人自主权的必要基准。但是，完全在现实世界中学习和基准基准社会导航行为是不可行的，因为学习是数据密集型的，并且在培训期间提供安全保证是一项挑战。因此，需要基于仿真的基准测试，这些基准需要为社会导航提供抽象。这些基准测试的框架将需要支持各种各样的学习方法，对广泛的社会导航情景可扩展，并抽象出感知问题，以明确关注社会导航。尽管有许多提出的解决方案，包括高保真3D模拟器和网格世界近似，但现有的解决方案尚未满足上述所有用于学习和评估社会导航行为的属性。在这项工作中，我们提出了SocialGym，这是一个轻巧的2D模拟环境，用于机器人社交导航，并考虑到可扩展性，以及基于SocialGym的基准场景。此外，我们提出了基准结果，将人类工程和基于模型的学习方法比较和对比，以从演示（LFD）（LFD）和增强学习（RL）方法（RL）方法（适用于社交机器人导航）进行了构想。这些结果证明了评估的每项政策的数据效率，任务绩效，社会合规性和环境转移能力，以为未来的社会导航研究提供扎实的基础。

我们介绍了一个目标驱动的导航系统，以改善室内场景中的Fapless视觉导航。我们的方法在每次步骤中都将机器人和目标的多视图观察为输入，以提供将机器人移动到目标的一系列动作，而不依赖于运行时在运行时。通过优化包含三个关键设计的组合目标来了解该系统。首先，我们建议代理人在做出行动决定之前构建下一次观察。这是通过从专家演示中学习变分生成模块来实现的。然后，我们提出预测预先预测静态碰撞，作为辅助任务，以改善导航期间的安全性。此外，为了减轻终止动作预测的训练数据不平衡问题，我们还介绍了一个目标检查模块来区分与终止动作的增强导航策略。这三种建议的设计都有助于提高培训数据效率，静态冲突避免和导航泛化性能，从而产生了一种新颖的目标驱动的FLASES导航系统。通过对Turtlebot的实验，我们提供了证据表明我们的模型可以集成到机器人系统中并在现实世界中导航。视频和型号可以在补充材料中找到。

我们为仓库环境中的移动机器人提供基于新颖的强化学习（RL）任务分配和分散的导航算法。我们的方法是针对各种机器人执行各种接送和交付任务的场景而设计的。我们考虑了联合分散任务分配和导航的问题，并提出了解决该问题的两层方法。在更高级别，我们通过根据马尔可夫决策过程制定任务并选择适当的奖励来最大程度地减少总旅行延迟（TTD）来解决任务分配。在较低级别，我们使用基于ORCA的分散导航方案，使每个机器人能够独立执行这些任务，并避免与其他机器人和动态障碍物发生碰撞。我们通过定义较高级别的奖励作为低级导航算法的反馈来结合这些下层和上层。我们在复杂的仓库布局中进行了广泛的评估，并具有大量代理商，并根据近视拾取距离距离最小化和基于遗憾的任务选择，突出了对最先进算法的好处。我们观察到任务完成时间的改善高达14％，并且在计算机器人的无碰撞轨迹方面提高了40％。

我们解决了动态环境中感知力的问题。在这个问题中，四足动物的机器人必须对环境混乱和移动的障碍物表现出强大而敏捷的步行行为。我们提出了一个名为Prelude的分层学习框架，该框架将感知力的问题分解为高级决策，以预测导航命令和低级步态生成以实现目标命令。在此框架中，我们通过在可进入手推车上收集的人类示范和使用加固学习（RL）的低级步态控制器（RL）上收集的人类示范中的模仿学习来训练高级导航控制器。因此，我们的方法可以从人类监督中获取复杂的导航行为，并从反复试验中发现多功能步态。我们证明了方法在模拟和硬件实验中的有效性。可以在https://ut-aut-autin-rpl.github.io/prelude上找到视频和代码。