Robots can use Visual Imitation Learning (VIL) to learn everyday tasks from video demonstrations. However, translating visual observations into actionable robot policies is challenging due to the high-dimensional nature of video data. This challenge is further exacerbated by the morphological differences between humans and robots, especially when the video demonstrations feature humans performing tasks. To address these problems we introduce Visual Imitation lEarning with Waypoints (VIEW), an algorithm that significantly enhances the sample efficiency of human-to-robot VIL. VIEW achieves this efficiency using a multi-pronged approach: extracting a condensed prior trajectory that captures the demonstrator's intent, employing an agent-agnostic reward function for feedback on the robot's actions, and utilizing an exploration algorithm that efficiently samples around waypoints in the extracted trajectory. VIEW also segments the human trajectory into grasp and task phases to further accelerate learning efficiency. Through comprehensive simulations and real-world experiments, VIEW demonstrates improved performance compared to current state-of-the-art VIL methods. VIEW enables robots to learn a diverse range of manipulation tasks involving multiple objects from arbitrarily long video demonstrations. Additionally, it can learn standard manipulation tasks such as pushing or moving objects from a single video demonstration in under 30 minutes, with fewer than 20 real-world rollouts. Code and videos here: https://collab.me.vt.edu/view/


翻译:摘要:机器人可利用视觉模仿学习(VIL)从视频演示中习得日常任务。然而,由于视频数据的高维特性,将视觉观察转化为可执行的机器人策略仍具挑战性。当视频演示由人类执行任务时,人与机器人之间的形态差异进一步加剧了这一难题。为解决这些问题,我们提出基于路径点的视觉模仿学习(VIEW)算法,该算法显著提升了人机视觉模仿学习的样本效率。VIEW通过多管齐下的策略实现高效学习:提取包含演示者意图的紧凑先验轨迹,采用与智能体无关的奖励函数对机器人动作进行反馈,并利用探索算法在提取轨迹的路径点附近进行高效采样。此外,VIEW将人类轨迹划分为抓取阶段与任务阶段,以进一步提升学习效率。通过全面的仿真与真实世界实验,VIEW展现了相较于当前最先进VIL方法的性能提升。该算法使机器人能够从任意长度的视频演示中学习涉及多物体的多样化操作任务,且仅需单次视频演示(时长<30分钟,真实世界部署次数<20次)即可习得推拉物体等标准操作任务。相关代码与视频详见:https://collab.me.vt.edu/view/

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