Motion Planning of Mobile Robots in Indoor Topological Environments using Partially Observable Markov Decision Process

Authors

Keywords:

Greedy optimization, Motion planning, Probabilistic robotics, Uncertainty

Abstract

Deterministic motion planners perform well in simulated environments, where sensors and actuators are perfect. However, these assumptions are restrictive and consequently motion planning will have poor performance if applied to real robotic systems (or a more realistic simulator), as they are inherently fraught with uncertainty. In most real robotic systems, states cannot be directly observed, and the results of the actions performed by the robots are uncertain. Thus, the robot must make use of a new class of planners that take into account system uncertainties when making a decision. In the present work, the Partially Observable Markov Decision Process is presented as an alternative to solve problems immersed in uncertainties, selecting optimal actions aiming to perform a given task. The contribution of this article is to implement the Partially Observable Markov Decision Process using greedy optimization, which has considerably simplified the decision-making problem for uncertain environments. This article also presents new ways to determine the parameters of the Partially Observable Markov Decision Process. The aforementioned tooling was applied in a system to control the actions of a real robot that navigates in a indoor topological living space with ambiguity of informations.

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Author Biographies

Neemias Silva Monteiro, Universidade Federal de Minas Gerais

Possui graduação em Engenharia de Controle e Automação pela Universidade Federal de Itajubá (2015) e mestrado em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Minas Gerais (2020). Tem experiência na área de localização e planejamento de movimento de robôs; e com modelos markovianos. Atualmente é doutorando em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Minas Gerais.

Vinicius Mariano Gonçalves, Departamento de Engenharia Elétrica, Universidade Federal de Minas Gerais.

Recebeu o título de bacharel em Engenharia de Controle e Automação pela Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG), Belo Horizonte, Brasil, em 2011, e de doutor em Engenharia elétrica pela mesma universidade em 2014. Ele está associado à Escola de Engenharia, UFMG, desde 2016, onde é Professor de Engenharia Elétrica. Seus interesses atuais de pesquisa incluem controle de sistemas dinâmicos orientados por eventos discretos, robótica, e otimização.

Carlos Andrey Maia, Departamento de Engenharia Elétrica, Universidade Federal de Minas Gerais.

Recebeu os títulos de bacharel e mestre em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG), Belo Horizonte, Brasil em 1994 e 1996 respectivamente. Os títulos de doutor pela Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP), Campinas, Brasil, e pela Université d'Angers, Angers, França, foram obtidos em 2003, graças a um projeto de cotutela. Atualmente é Professor Titular do Departamento de Engenharia Elétrica da Escola de Engenharia da UFMG, onde ingressou em 1997. Seus interesses atuais de pesquisa incluem modelagem, análise de desempenho e controle de sistemas, com destaque para aqueles cuja dinâmica é orientada por eventos discretos.

Published

2021-03-19

How to Cite

Monteiro, N. S., Gonçalves, V. M., & Maia, C. A. (2021). Motion Planning of Mobile Robots in Indoor Topological Environments using Partially Observable Markov Decision Process. IEEE Latin America Transactions, 19(8), 1315–1324. Retrieved from https://latamt.ieeer9.org/index.php/transactions/article/view/4479

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