Classical policy search algorithms for robotics typically require performing extensive explorations, which are time-consuming and expensive to implement with real physical platforms. To facilitate the efficient learning of robot manipulation skills, in this work, we propose a new approach comprised of three modules: (1) learning of general prior knowledge with random explorations in simulation, including state representations, dynamic models, and the constrained action space of the task; (2) extraction of a state alignment-based reward function from a single demonstration video; (3) real-time optimization of the imitation policy under systematic safety constraints with sampling-based model predictive control. This solution results in an efficient one-shot imitation-from-video strategy that simplifies the learning and execution of robot skills in real applications. Specifically, we learn priors in a scene of a task family and then deploy the policy in a novel scene immediately following a single demonstration, preventing time-consuming and risky explorations in the environment. As we do not make a strong assumption of dynamic consistency between the scenes, learning priors can be conducted in simulation to avoid collecting data in real-world circumstances. We evaluate the effectiveness of our approach in the context of contact-rich fabric manipulation, which is a common scenario in industrial and domestic tasks. Detailed numerical simulations and real-world hardware experiments reveal that our method can achieve rapid skill acquisition for challenging manipulation tasks.


翻译:经典机器人策略搜索算法通常需要进行大量探索,这在真实物理平台上实施既耗时又昂贵。为促进机器人操作技能的高效学习,本文提出一种包含三个模块的新方法:(1)在仿真环境中通过随机探索学习通用先验知识,包括状态表征、动态模型以及任务的约束动作空间;(2)从单段示范视频中提取基于状态对齐的奖励函数;(3)采用基于采样的模型预测控制,在系统性安全约束下实时优化模仿策略。该方案形成一种高效的单次视频模仿策略,简化了实际应用中机器人技能的学习与执行过程。具体而言,我们在任务族场景中学习先验,随后在单个示范后立即将策略部署至新场景,从而避免在环境中进行耗时且高风险探索。由于未对场景间的动态一致性做出强假设,先验学习可在仿真环境中完成,无需收集真实世界数据。我们以接触丰富织物操作为应用场景(这是工业及家务任务中的常见场景)评估了方法的有效性。详细的数值仿真与真实硬件实验表明,本方法能够在具有挑战性的操作任务中实现快速技能获取。

0
下载
关闭预览

相关内容

【2022新书】高效深度学习,Efficient Deep Learning Book
专知会员服务
128+阅读 · 2022年4月21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
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
105+阅读 · 2019年10月9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
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
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
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
ResNet, AlexNet, VGG, Inception:各种卷积网络架构的理解
全球人工智能
20+阅读 · 2017年12月17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 · 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 · 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 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
VIP会员
最新内容
定向能反无人机系统最新发展动态
专知会员服务
2+阅读 · 57分钟前
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
2+阅读 · 今天13:33
《通过小型无人机系统将情报能力“作战化”》
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
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
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
ResNet, AlexNet, VGG, Inception:各种卷积网络架构的理解
全球人工智能
20+阅读 · 2017年12月17日
相关基金
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 · 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 · 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 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员