In this paper we present a neurosymbolic architecture for coupling language-guided visual reasoning with robot manipulation. A non-expert human user can prompt the robot using unconstrained natural language, providing a referring expression (REF), a question (VQA), or a grasp action instruction. The system tackles all cases in a task-agnostic fashion through the utilization of a shared library of primitive skills. Each primitive handles an independent sub-task, such as reasoning about visual attributes, spatial relation comprehension, logic and enumeration, as well as arm control. A language parser maps the input query to an executable program composed of such primitives, depending on the context. While some primitives are purely symbolic operations (e.g. counting), others are trainable neural functions (e.g. visual grounding), therefore marrying the interpretability and systematic generalization benefits of discrete symbolic approaches with the scalability and representational power of deep networks. We generate a 3D vision-and-language synthetic dataset of tabletop scenes in a simulation environment to train our approach and perform extensive evaluations in both synthetic and real-world scenes. Results showcase the benefits of our approach in terms of accuracy, sample-efficiency, and robustness to the user's vocabulary, while being transferable to real-world scenes with few-shot visual fine-tuning. Finally, we integrate our method with a robot framework and demonstrate how it can serve as an interpretable solution for an interactive object-picking task, both in simulation and with a real robot. We make our datasets available in https://gtziafas.github.io/neurosymbolic-manipulation.


翻译:本文提出了一种神经符号架构,用于将语言引导的视觉推理与机器人操作相结合。非专业人类用户可通过非受限自然语言向机器人发出指令,提供指代表达式(REF)、视觉问答(VQA)或抓取动作指令。该系统以任务无关的方式处理所有场景,通过共享基本技能库实现。每个基本技能处理独立的子任务,如视觉属性推理、空间关系理解、逻辑与枚举以及机械臂控制。语言解析器根据上下文将输入查询映射为由这些基本技能组成的可执行程序。部分基本技能为纯符号操作(如计数),而其他则是可训练的神经函数(如视觉定位),从而融合了离散符号方法在可解释性与系统泛化方面的优势,以及深度网络在可扩展性与表征能力上的特点。我们在仿真环境中生成了一个包含桌面场景的三维视觉-语言合成数据集,用于训练所提方法,并在合成场景与真实场景中进行了广泛评估。结果表明,该方法在准确性、样本效率及对用户词汇鲁棒性方面表现优异,且通过少样本视觉微调即可迁移至真实场景。最后,我们将该方法集成至机器人框架,并展示了其在仿真环境及真实机器人上作为交互式物体抓取任务的可解释解决方案的能力。数据集已开源至 https://gtziafas.github.io/neurosymbolic-manipulation。

0
下载
关闭预览

相关内容

IFIP TC13 Conference on Human-Computer Interaction是人机交互领域的研究者和实践者展示其工作的重要平台。多年来,这些会议吸引了来自几个国家和文化的研究人员。官网链接:http://interact2019.org/
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
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
[综述]深度学习下的场景文本检测与识别
专知会员服务
78+阅读 · 2019年10月10日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
94+阅读 · 2019年10月10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
Multi-Task Learning的几篇综述文章
深度学习自然语言处理
15+阅读 · 2020年6月15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
深度自进化聚类:Deep Self-Evolution Clustering
我爱读PAMI
15+阅读 · 2019年4月13日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3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
【推荐】深度学习目标检测概览
机器学习研究会
10+阅读 · 2017年9月1日
【推荐】SVM实例教程
机器学习研究会
17+阅读 · 2017年8月26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
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 · 2009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6月20日
Arxiv
16+阅读 · 2018年2月7日
VIP会员
最新内容
综述 | 从问答到任务完成:Agent系统与Harness设计
专知会员服务
1+阅读 · 今天16:54
Agentic RL:框架、实践与长程智能体训练
专知会员服务
1+阅读 · 今天16:52
重新思考无人机时代的生存能力
专知会员服务
5+阅读 · 今天7:44
装甲突击旅:现代战争思考、战斗与组织
专知会员服务
4+阅读 · 今天7:28
在人工智能加速决策环境中拓展OODA循环
专知会员服务
4+阅读 · 今天7:18
军事欺骗:供作战战术指挥官使用的工具
专知会员服务
4+阅读 · 今天7:03
综述 | 世界动作模型:少做梦,多行动
专知会员服务
6+阅读 · 6月23日
美以伊冲突:无人机与人工智能的运用
专知会员服务
10+阅读 · 6月23日
《特种部队在透明战场中的生存力》最新报告
专知会员服务
5+阅读 · 6月23日
相关VIP内容
相关资讯
Multi-Task Learning的几篇综述文章
深度学习自然语言处理
15+阅读 · 2020年6月15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
深度自进化聚类:Deep Self-Evolution Clustering
我爱读PAMI
15+阅读 · 2019年4月13日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3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
【推荐】深度学习目标检测概览
机器学习研究会
10+阅读 · 2017年9月1日
【推荐】SVM实例教程
机器学习研究会
17+阅读 · 2017年8月26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
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 · 2009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