Testing autonomous robotic manipulators is challenging due to the complex software interactions between vision and control components. A crucial element of modern robotic manipulators is the deep learning based object detection model. The creation and assessment of this model requires real world data, which can be hard to label and collect, especially when the hardware setup is not available. The current techniques primarily focus on using synthetic data to train deep neural networks (DDNs) and identifying failures through offline or online simulation-based testing. However, the process of exploiting the identified failures to uncover design flaws early on, and leveraging the optimized DNN within the simulation to accelerate the engineering of the DNN for real-world tasks remains unclear. To address these challenges, we propose the MARTENS (Manipulator Robot Testing and Enhancement in Simulation) framework, which integrates a photorealistic NVIDIA Isaac Sim simulator with evolutionary search to identify critical scenarios aiming at improving the deep learning vision model and uncovering system design flaws. Evaluation of two industrial case studies demonstrated that MARTENS effectively reveals robotic manipulator system failures, detecting 25 % to 50 % more failures with greater diversity compared to random test generation. The model trained and repaired using the MARTENS approach achieved mean average precision (mAP) scores of 0.91 and 0.82 on real-world images with no prior retraining. Further fine-tuning on real-world images for a few epochs (less than 10) increased the mAP to 0.95 and 0.89 for the first and second use cases, respectively. In contrast, a model trained solely on real-world data achieved mAPs of 0.8 and 0.75 for use case 1 and use case 2 after more than 25 epochs.


翻译:由于视觉与控制组件之间复杂的软件交互,测试自主机器人操作臂具有挑战性。现代机器人操作臂的一个关键要素是基于深度学习的物体检测模型。该模型的创建与评估需要真实世界数据,而这些数据可能难以标注和收集,尤其是在硬件设置不可用时。现有技术主要集中于使用合成数据训练深度神经网络(DNNs),并通过离线或基于在线仿真的测试来识别故障。然而,如何利用已识别的故障来早期发现设计缺陷,以及如何在仿真环境中利用优化后的DNN来加速面向真实世界任务的DNN工程化,这一过程仍不明确。为应对这些挑战,我们提出了MARTENS(仿真环境下的操作臂机器人测试与增强)框架。该框架将高真实感的NVIDIA Isaac Sim仿真器与进化搜索相结合,旨在识别关键场景,以改进深度学习视觉模型并揭示系统设计缺陷。对两个工业案例研究的评估表明,与随机测试生成相比,MARTENS能有效揭示机器人操作臂系统故障,检测到的故障数量多出25%至50%,且多样性更高。使用MARTENS方法训练和修复的模型,在未经重新训练的情况下,在真实世界图像上取得了0.91和0.82的平均精度均值(mAP)分数。随后在真实世界图像上进行少量轮次(少于10轮)的微调,将第一个和第二个用例的mAP分别提升至0.95和0.89。相比之下,仅使用真实世界数据训练的模型,在超过25轮训练后,用例1和用例2的mAP分别为0.8和0.75。

0
下载
关闭预览

相关内容

ACM/IEEE第23届模型驱动工程语言和系统国际会议,是模型驱动软件和系统工程的首要会议系列,由ACM-SIGSOFT和IEEE-TCSE支持组织。自1998年以来,模型涵盖了建模的各个方面,从语言和方法到工具和应用程序。模特的参加者来自不同的背景,包括研究人员、学者、工程师和工业专业人士。MODELS 2019是一个论坛,参与者可以围绕建模和模型驱动的软件和系统交流前沿研究成果和创新实践经验。今年的版本将为建模社区提供进一步推进建模基础的机会,并在网络物理系统、嵌入式系统、社会技术系统、云计算、大数据、机器学习、安全、开源等新兴领域提出建模的创新应用以及可持续性。 官网链接:http://www.modelsconference.org/
Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17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
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
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2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
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
18+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
46+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31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
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
19+阅读 · 2018年5月17日
VIP会员
相关资讯
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
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2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
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
18+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
46+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31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
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员