Uncertainty in perception, actuation, and the environment often require multiple attempts for a robotic task to be successful. We study a class of problems providing (1) low-entropy indicators of terminal success / failure, and (2) unreliable (high-entropy) data to predict the final outcome of an ongoing task. Examples include a robot trying to connect with a charging station, parallel parking, or assembling a tightly-fitting part. The ability to restart after predicting failure early, versus simply running to failure, can significantly decrease the makespan, that is, the total time to completion, with the drawback of potentially short-cutting an otherwise successful operation. Assuming task running times to be Poisson distributed, and using a Markov Jump process to capture the dynamics of the underlying Markov Decision Process, we derive a closed form solution that predicts makespan based on the confusion matrix of the failure predictor. This allows the robot to learn failure prediction in a production environment, and only adopt a preemptive policy when it actually saves time. We demonstrate this approach using a robotic peg-in-hole assembly problem using a real robotic system. Failures are predicted by a dilated convolutional network based on force-torque data, showing an average makespan reduction from 101s to 81s (N=120, p<0.05). We posit that the proposed algorithm generalizes to any robotic behavior with an unambiguous terminal reward, with wide ranging applications on how robots can learn and improve their behaviors in the wild.


翻译:感知、执行与环境中的不确定性常导致机器人任务需多次尝试方能成功。本研究针对一类问题展开分析,该类问题具备以下特征:(1) 提供终端成功/失败的低熵指示信号;(2) 提供不可靠(高熵)数据以预测进行中任务的最终结果。典型场景包括机器人对接充电站、平行泊车、或装配过盈配合部件。相较于直接运行至失败,通过早期预测失败后重新启动的能力可显著缩短完成时间(即总完工时间),但代价为可能中断本可成功的操作。假设任务运行时间服从泊松分布,并利用马尔可夫跳跃过程刻画底层马尔可夫决策过程的动态特性,我们推导出基于失败预测器混淆矩阵预测完工时间的闭合解。这使得机器人可在生产环境中学习失败预测,并仅在节省时间时采用抢占式策略。我们通过真实机器人系统中的轴孔装配问题验证该方法——基于力-扭矩数据的膨胀卷积网络预测失败,平均完工时间从101秒降至81秒(N=120,p<0.05)。我们提出该算法可泛化至任何具有明确终端奖励的机器人行为,为机器人如何在现实场景中学习并改进行为提供广泛应用前景。

0
下载
关闭预览

相关内容

机器人(英语:Robot)包括一切模拟人类行为或思想与模拟其他生物的机械(如机器狗,机器猫等)。狭义上对机器人的定义还有很多分类法及争议,有些电脑程序甚至也被称为机器人。在当代工业中,机器人指能自动运行任务的人造机器设备,用以取代或协助人类工作,一般会是机电设备,由计算机程序或是电子电路控制。

知识荟萃

精品入门和进阶教程、论文和代码整理等

更多

查看相关VIP内容、论文、资讯等
Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26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
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12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
最新BERT相关论文清单,BERT-related Papers
专知会员服务
53+阅读 · 2019年9月29日
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6日
VCIP 2022 Call for Special Session Proposals
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年4月1日
IEEE TII Call For Papers
CCF多媒体专委会
3+阅读 · 2022年3月24日
ACM TOMM Call for Papers
CCF多媒体专委会
2+阅读 · 2022年3月23日
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
Call for Nominations: 2022 Multimedia Prize Paper Award
CCF多媒体专委会
0+阅读 · 2022年2月12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
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12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 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
1+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 · 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3月16日
VIP会员
最新内容
学习数据的几何:形状空间分析数学综述
专知会员服务
4+阅读 · 6月17日
定向能反无人机系统最新发展动态
专知会员服务
6+阅读 · 6月17日
从燃煤战舰到算法战争:水面指挥的永恒要求
专知会员服务
3+阅读 · 6月17日
相关资讯
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6日
VCIP 2022 Call for Special Session Proposals
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年4月1日
IEEE TII Call For Papers
CCF多媒体专委会
3+阅读 · 2022年3月24日
ACM TOMM Call for Papers
CCF多媒体专委会
2+阅读 · 2022年3月23日
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
Call for Nominations: 2022 Multimedia Prize Paper Award
CCF多媒体专委会
0+阅读 · 2022年2月12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
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
相关基金
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 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
1+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 · 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