Accurately modeling soft robots in simulation is computationally expensive and commonly falls short of representing the real world. This well-known discrepancy, known as the sim-to-real gap, can have several causes, such as coarsely approximated geometry and material models, manufacturing defects, viscoelasticity and plasticity, and hysteresis effects. Residual physics networks learn from real-world data to augment a discrepant model and bring it closer to reality. Here, we present a residual physics method for modeling soft robots with large degrees of freedom. We train neural networks to learn a residual term -- the modeling error between simulated and physical systems. Concretely, the residual term is a force applied on the whole simulated mesh, while real position data is collected with only sparse motion markers. The physical prior of the analytical simulation provides a starting point for the residual network, and the combined model is more informed than if physics were learned tabula rasa. We demonstrate our method on 1) a silicone elastomeric beam and 2) a soft pneumatic arm with hard-to-model, anisotropic fiber reinforcements. Our method outperforms traditional system identification up to 60%. We show that residual physics need not be limited to low degrees of freedom but can effectively bridge the sim-to-real gap for high dimensional systems.


翻译:在仿真环境中精确建模软体机器人计算成本高昂,且通常难以准确反映真实世界。这种被称为“仿真到现实鸿沟”的显著差异可能源于多种因素,例如粗糙的几何与材料模型近似、制造缺陷、粘弹性与塑性行为以及迟滞效应。残差物理网络通过从真实世界数据中学习来增强存在偏差的模型,使其更贴近现实。本文提出了一种适用于高自由度软体机器人的残差物理建模方法。我们训练神经网络学习残差项——即仿真系统与物理系统之间的建模误差。具体而言,该残差项作用于整个仿真网格的力,而真实位置数据仅通过稀疏运动标记采集。解析仿真的物理先验为残差网络提供了初始学习基点,相较于从零开始学习物理规律,联合模型能够获得更全面的信息。我们分别在以下两个案例中验证了该方法的有效性:1)硅胶弹性梁;2)具有难以建模的各向异性纤维增强结构的软体气动臂。实验表明,该方法相比传统系统辨识方法性能提升高达60%。研究证明,残差物理方法不仅适用于低自由度系统,更能有效弥合高维系统的仿真到现实鸿沟。

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
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
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31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
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
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
VIP会员
最新内容
AgentOps综述:智能体系统运维框架
专知会员服务
1+阅读 · 6月4日
《美陆军最新条令:兵力防护》
专知会员服务
3+阅读 · 6月4日
《人工智能的挑战:算法战的想象与现实》
专知会员服务
4+阅读 · 6月4日
首场人工智能战争:Maven如何重塑武装冲突
专知会员服务
4+阅读 · 6月4日
《通往人工通用智能之路上的均衡策略》
专知会员服务
7+阅读 · 6月3日
《Palantir的科技生态系统》
专知会员服务
17+阅读 · 6月2日
相关资讯
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
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31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
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
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