Safety is a critical component of autonomous systems and remains a challenge for learning-based policies to be utilized in the real world. In particular, policies learned using reinforcement learning often fail to generalize to novel environments due to unsafe behavior. In this paper, we propose Sim-to-Lab-to-Real to bridge the reality gap with a probabilistically guaranteed safety-aware policy distribution. To improve safety, we apply a dual policy setup where a performance policy is trained using the cumulative task reward and a backup (safety) policy is trained by solving the Safety Bellman Equation based on Hamilton-Jacobi (HJ) reachability analysis. In Sim-to-Lab transfer, we apply a supervisory control scheme to shield unsafe actions during exploration; in Lab-to-Real transfer, we leverage the Probably Approximately Correct (PAC)-Bayes framework to provide lower bounds on the expected performance and safety of policies in unseen environments. Additionally, inheriting from the HJ reachability analysis, the bound accounts for the expectation over the worst-case safety in each environment. We empirically study the proposed framework for ego-vision navigation in two types of indoor environments with varying degrees of photorealism. We also demonstrate strong generalization performance through hardware experiments in real indoor spaces with a quadrupedal robot. See https://sites.google.com/princeton.edu/sim-to-lab-to-real for supplementary material.


翻译:安全性是自主系统的关键组成部分,且对于基于学习的策略在现实世界中的应用仍构成挑战。特别是,使用强化学习得到的策略常因不安全行为而难以泛化至新环境。本文提出Sim-to-Lab-to-Real方法,以概率性可保证的安全感知策略分布弥合现实差距。为提升安全性,我们采用双策略设置:性能策略通过累积任务奖励进行训练,而备份(安全)策略则基于哈密顿-雅可比(HJ)可达性分析求解安全贝尔曼方程。在Sim-to-Lab迁移中,我们应用监督控制方案在探索过程中屏蔽不安全动作;在Lab-to-Real迁移中,我们利用可能近似正确(PAC)-贝叶斯框架为策略在未见环境中的期望性能与安全性提供下界。此外,继承自HJ可达性分析,该下界考虑了每个环境中最坏情况安全性的期望。我们通过两种不同逼真度程度的室内环境中的自我视觉导航任务对该框架进行实证研究。同时,通过四足机器人在真实室内空间的硬件实验展示了其强大的泛化性能。补充材料见https://sites.google.com/princeton.edu/sim-to-lab-to-real。

0
下载
关闭预览

相关内容

专知会员服务
15+阅读 · 2021年9月23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
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
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
16+阅读 · 2019年1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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25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
3+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
1+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 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
3+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 · 2008年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年5月23日
Arxiv
0+阅读 · 2023年5月23日
VIP会员
最新内容
《基于深度强化学习的反无人机技术研究》178页
“史诗怒火”行动与“AI中心战”模式的浮现
专知会员服务
3+阅读 · 6月10日
【CVPR2026教程】扩散模型的解析理解
专知会员服务
0+阅读 · 6月10日
马赛克战:俄乌战场透析
专知会员服务
14+阅读 · 6月10日
《利用人工智能增强军事决策》
专知会员服务
6+阅读 · 6月10日
《自动机器学习在军事数据耕耘法中的应用》
专知会员服务
8+阅读 · 6月10日
为何指挥所生存能力要求范式转变
专知会员服务
5+阅读 · 6月10日
打造“新蛛网”模式与高科技动员
专知会员服务
4+阅读 · 6月10日
“蛛网”行动一周年:远程无人机战争
专知会员服务
3+阅读 · 6月10日
【剑桥博士论文】智能体-环境协同优化
专知会员服务
9+阅读 · 6月9日
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
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
16+阅读 · 2019年1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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25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
3+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
1+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 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
3+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 · 2008年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员