Visual imitation learning provides efficient and intuitive solutions for robotic systems to acquire novel manipulation skills. However, simultaneously learning geometric task constraints and control policies from visual inputs alone remains a challenging problem. In this paper, we propose an approach for keypoint-based visual imitation (K-VIL) that automatically extracts sparse, object-centric, and embodiment-independent task representations from a small number of human demonstration videos. The task representation is composed of keypoint-based geometric constraints on principal manifolds, their associated local frames, and the movement primitives that are then needed for the task execution. Our approach is capable of extracting such task representations from a single demonstration video, and of incrementally updating them when new demonstrations become available. To reproduce manipulation skills using the learned set of prioritized geometric constraints in novel scenes, we introduce a novel keypoint-based admittance controller. We evaluate our approach in several real-world applications, showcasing its ability to deal with cluttered scenes, viewpoint mismatch, new instances of categorical objects, and large object pose and shape variations, as well as its efficiency and robustness in both one-shot and few-shot imitation learning settings. Videos and source code are available at https://sites.google.com/view/k-vil.


翻译:视觉模仿学习为机器人系统获取新颖操作技能提供了高效且直观的解决方案。然而,仅从视觉输入同时学习几何任务约束与控制策略仍是一个具有挑战性的问题。本文提出了一种基于关键点的视觉模仿学习方法(K-VIL),能够从少量人类演示视频中自动提取稀疏、以物体为中心且独立于具身形态的任务表征。该任务表征由主流形上的关键点几何约束、其关联的局部坐标系以及任务执行所需的基本运动原语组成。我们的方法能够从单个演示视频中提取此类任务表征,并在获取新演示时对其进行增量更新。为在未知场景中利用学习到的优先几何约束复现操作技能,我们提出了一种新颖的基于关键点的导纳控制器。我们在多个实际应用场景中评估了该方法,展示了其处理杂乱场景、视角不匹配、新类别物体实例以及物体大范围姿态与形状变化的能力,以及在单次与少量样本模仿学习设置中的效率与鲁棒性。相关视频与源代码见 https://sites.google.com/view/k-vil。

0
下载
关闭预览

相关内容

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
【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
RL解决'BipedalWalkerHardcore-v2' (SOTA)
CreateAMind
31+阅读 · 2019年7月17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
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
1+阅读 · 2016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
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+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
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
0+阅读 · 2023年9月12日
Arxiv
29+阅读 · 2022年3月28日
Arxiv
19+阅读 · 2021年4月8日
Arxiv
17+阅读 · 2018年4月2日
VIP会员
最新内容
《通过小型无人机系统将情报能力“作战化”》
专知会员服务
3+阅读 · 今天7:28
消耗优势:美军的“精确规模化”概念
专知会员服务
7+阅读 · 6月15日
《离线语言支持系统:面向空战战术决策》
专知会员服务
8+阅读 · 6月15日
相关资讯
RL解决'BipedalWalkerHardcore-v2' (SOTA)
CreateAMind
31+阅读 · 2019年7月17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
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
1+阅读 · 2016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
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+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
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