Robotic Coverage and Exploration as Sequential Decision-Making Problems

Couverture et exploration robotique vues comme des problèmes de prise de décision séquentielle

Nassim Kaldé (1, 2)

1 LORIA - Laboratoire Lorrain de Recherche en Informatique et ses Applications
2 LARSEN - Lifelong Autonomy and interaction skills for Robots in a Sensing ENvironment

The ability to intelligently navigate in an unknown environment is essential for mobile robots (Obstacle Avoidance (OA)). This is needed to explore and build a map of the environment (Active Mapping (AM)); this map will then support other tasks such as patrolling (Active Coverage (AC)). In this thesis, we focus on decision-making to plan the moves of autonomous robots in order to navigate, cover, or explore the environment. Therefore, we rely on the framework of Sequential Decision-Making (SDM) in Artificial Intelligence to propose two contributions that address: (1) decision processes for AC and AM and (2) long-term planning for AC. Furthermore, mobile robots recently started sharing physical spaces with humans to provide services such as cleaning the house. In such cases, robot behavior should adapt to dynamic aspects of the world. In this thesis, we are interested in deploying autonomous robots in such environments. Therefore, we propose two other contributions that address: (3) short-term AM in crowded environments and (4) clearest path OA in ambient environments

Pouvoir se déplacer intelligemment dans un environnement inconnu est primordial pour des robots mobiles (Évitement d’Obstacle (EO)). Ceci est nécessaire pour explorer et construire une carte de l’environnement (CArtographie Active (CAA)), carte qui servira à d’autres tâches comme la patrouille (COuverture Active (COA)). Cette thèse se focalise sur la prise de décision pour planifier les déplacements de robots autonomes afin de naviguer, couvrir ou explorer l’environnement. Ainsi, nous nous basons sur la Prise de Décision Séquentielle (PDS) en Intelligence Artificielle et proposons deux contributions concernant : (1) les processus décisionnels de CAA et COA, et (2) la planification à long terme pour la COA. De plus, récemment, les robots mobiles ont commencé à partager l’espace physique avec les humains en fournissant des services comme du ménage à la maison. Dans ces cas, le comportement du robot doit s’adapter à la dynamique du monde. Par conséquent, nous proposons deux autres contributions pour : (3) la CAA en environnements de foule, et (4) l’EO par chemin clairsemé en environnements ambiants

Mots clés: Artificial intelligence; Planning; Search; Coverage; Exploration; Multi-agent

Mots clés: Intelligence artificielle; Planification; Recherche; Couverture

Domaines: Robotique [cs.RO]; Intelligence artificielle [cs.AI]

Nassim Kaldé. Robotic Coverage and Exploration as Sequential Decision-Making Problems. Robotics [cs.RO]. Université de Lorraine, 2017. English. ⟨NNT : 2017LORR0276⟩. ⟨tel-01701729⟩