任务（SOT）控件允许机器人同时实现根据错误空间中（在）平等约束方面提出的许多优先目标。由于这种方法在每个时间步长求解了一系列二次程序（QP），而无需考虑任何时间状态的演变，因此适用于处理局部干扰。但是，其限制在于处理需要非二次目标才能实现特定目标的情况，以及应对控制干扰的情况，需要在本地进行次优的行动。最近的作品通过利用有限状态机器（FSM）来解决这一缺点，以使机器人不会陷入本地最小值的方式组成任务。然而，反应性和模块化之间的内在折衷是FSM的表征使它们在动态环境中定义反应性行为不切实际。在这封信中，我们将SOT控制策略与行为树（BTS）相结合，该任务切换结构在反应性，模块化和可重复使用方面解决了FSM的某些局限性。 Franka Emika Panda 7-DOF操纵器的实验结果显示了我们框架的稳健性，该框架使机器人可以从SOT和BTS的反应性中受益。

行为树（BT）是一种在自主代理中（例如机器人或计算机游戏中的虚拟实体）之间在不同任务之间进行切换的方法。 BT是创建模块化和反应性的复杂系统的一种非常有效的方法。这些属性在许多应用中至关重要，这导致BT从计算机游戏编程到AI和机器人技术的许多分支。在本书中，我们将首先对BTS进行介绍，然后我们描述BTS与早期切换结构的关系，并且在许多情况下如何概括。然后，这些想法被用作一套高效且易于使用的设计原理的基础。安全性，鲁棒性和效率等属性对于自主系统很重要，我们描述了一套使用BTS的状态空间描述正式分析这些系统的工具。借助新的分析工具，我们可以对BTS如何推广早期方法的形式形式化。我们还显示了BTS在自动化计划和机器学习中的使用。最后，我们描述了一组扩展的工具，以捕获随机BT的行为，其中动作的结果由概率描述。这些工具可以计算成功概率和完成时间。

在本文中，我们提供了一个实用的证明，即与有限状态机（FSM）相比，行为树（BT）中的模块化如何减少编程机器人任务的努力。近年来，代表控制自治药物的任务计划的方法已从标准FSM转移到BTS。与标准方法相比，文献中的许多作品都强调并证明了这种设计的好处，尤其是在模块化，反应性和人类可读性方面。但是，这些作品通常无法在实施这些政策以及修改它们所需的编程工作中提供切实的比较。这是许多机器人应用中的一个相关方面，在该方面，设计选择是由政策的鲁棒性和对其进行编程所需的时间来决定的。在这项工作中，我们通过评估修改它们的成本来比较向后链的BT和FSM的耐故障设计。我们通过在模拟环境中通过一组实验来验证分析，其中移动操纵器可以解决项目提取任务。

行为树（BT）在机器人界变得越来越流行。BT工具非常适合决策应用程序，允许机器人执行复杂的行为，同时也可以向人类解释。验证使用的BT在安全性和可靠性要求方面已经很好地构建是必不可少的，尤其是对于在关键环境中运行的机器人。在这项工作中，我们建议对行为树的形式规范和一种证明已经使用过的树的不变性的方法，同时使最终用户的树木形式化的复杂性保持简单。允许在行为树的特定实例中测试行为树的特定实例，而无需了解更抽象的形式化级别。

增强学习（RL）是一个强大的数学框架，可让机器人通过反复试验学习复杂的技能。尽管在许多应用中取得了许多成功，但RL算法仍然需要数千个试验才能融合到高性能的政策，可以在学习时产生危险的行为，并且优化的政策（通常为神经网络建模）几乎可以在无法执行的解释时给出零的解释。任务。由于这些原因，在工业环境中采用RL并不常见。另一方面，行为树（BTS）可以提供一个策略表示，a）支持模块化和可综合的技能，b）允许轻松解释机器人动作，c）提供了有利的低维参数空间。在本文中，我们提出了一种新颖的算法，该算法可以学习模拟中BT策略的参数，然后在没有任何其他培训的情况下将其推广到物理机器人。我们利用了使用数字化工作站的物理模拟器，并使用黑盒优化器优化相关参数。我们在包括避免障碍物和富含接触的插入（孔洞）的任务中，通过7道型kuka-iiwa操纵器展示了我们方法的功效，其中我们的方法优于基准。

自主机器人结合了各种技能，形成越来越复杂的行为，称为任务。尽管这些技能通常以相对较低的抽象级别进行编程，但它们的协调是建筑分离的，并且经常以高级语言或框架表达。几十年来，州机器一直是首选的语言，但是最近，行为树的语言在机器人主义者中引起了人们的关注。行为树最初是为计算机游戏设计的，用于建模自主参与者，提供了基于树木的可扩展的使命表示，并受到支持支持模块化设计和代码的重复使用。但是，尽管使用了该语言的几种实现，但对现实世界中的用法和范围知之甚少。行为树提供的概念与传统语言（例如州机器）有何关系？应用程序中如何使用行为树和状态机概念？我们介绍了对行为树中关键语言概念的研究及其在现实世界机器人应用中的使用。我们识别行为树语言，并将其语义与机器人技术中最著名的行为建模语言进行比较。我们为使用这些语言的机器人应用程序挖掘开源存储库并分析此用法。我们发现两种行为建模语言在语言设计及其在开源项目中的用法之间的相似性方面，以满足机器人域的需求。我们为现实世界行为模型的数据集提供了贡献，希望激发社区使用和进一步开发这种语言，相关的工具和分析技术。

多机器人和多代理系统通过系统的局部行为集成在组中表现出集体（Swarm）智能。分享有关任务和环境知识的代理商可以提高个人和任务水平的绩效。但是，这很难实现，部分原因是缺乏用于在代理之间转移一部分知识（行为）的通用框架。本文提出了一个新的知识表示框架和一种称为KT-BT：通过行为树的知识转移的转移策略。 KT-BT框架遵循通过在线行为树框架进行查询反应加速机制，在该框架中，代理对未知条件进行广播查询，并使用条件性能控制子流量以适当的知识做出响应。我们嵌入了一种称为StringBT的新型语法结构，该结构编码知识，从而实现行为共享。从理论上讲，我们研究了KT-BT框架的特性，与异质系统相比，整个小组的高知识同质性具有高度知识的性质，而没有能力共享知识。我们在模拟的多机器人搜索和救援问题中广泛验证了我们的框架。结果表明，在各种情况下，成功传递知识转移并提高了群体绩效。我们进一步研究了机会和沟通范围对一组代理商中群体绩效，知识传播和功能异质性的影响，并提供有趣的见解。

尽管移动操作在工业和服务机器人技术方面都重要，但仍然是一个重大挑战，因为它需要将最终效应轨迹的无缝整合与导航技能以及对长匹马的推理。现有方法难以控制大型配置空间，并导航动态和未知环境。在先前的工作中，我们建议将移动操纵任务分解为任务空间中最终效果的简化运动生成器，并将移动设备分解为训练有素的强化学习代理，以说明移动基础的运动基础，以说明运动的运动可行性。在这项工作中，我们引入了移动操作的神经导航（n $^2 $ m $^2 $），该导航将这种分解扩展到复杂的障碍环境，并使其能够解决现实世界中的广泛任务。最终的方法可以在未探索的环境中执行看不见的长马任务，同时立即对动态障碍和环境变化做出反应。同时，它提供了一种定义新的移动操作任务的简单方法。我们证明了我们提出的方法在多个运动学上多样化的移动操纵器上进行的广泛模拟和现实实验的能力。代码和视频可在http://mobile-rl.cs.uni-freiburg.de上公开获得。

行为树起源于视频游戏，是一种控制NPC的方法，但此后在机器人学界获得了吸引力，它是描述执行任务的框架。Behaverify是一种从PY_TREE创建NUXMV模型的工具。对于标准化的复合节点，此过程是自动的，不需要其他用户输入。自动支持各种叶子节点，不需要其他用户输入，但是自定义的叶节点将需要其他用户输入才能正确建模。Behaverify可以提供一个模板以使其更轻松。Behaverify能够创建具有100多个节点的NUXMV模型，NUXMV能够直接和通过反例验证该模型上的各种非平凡LTL属性。该模型具有并行节点，选择器和序列节点。与基于BTCompiler的模型的比较表明，由Behaverify创建的模型表现更好。

The increasing interest in autonomous robots with a high number of degrees of freedom for industrial applications and service robotics demands control algorithms to handle multiple tasks as well as hard constraints efficiently. This paper presents a general framework in which both kinematic (velocity- or acceleration-based) and dynamic (torque-based) control of redundant robots are handled in a unified fashion. The framework allows for the specification of redundancy resolution problems featuring a hierarchy of arbitrary (equality and inequality) constraints, arbitrary weighting of the control effort in the cost function and an additional input used to optimize possibly remaining redundancy. To solve such problems, a generalization of the Saturation in the Null Space (SNS) algorithm is introduced, which extends the original method according to the features required by our general control framework. Variants of the developed algorithm are presented, which ensure both efficient computation and optimality of the solution. Experiments on a KUKA LBRiiwa robotic arm, as well as simulations with a highly redundant mobile manipulator are reported.

工业机器人操纵器（例如柯机）的应用可能需要在具有静态和非静态障碍物组合的环境中有效的在线运动计划。当可用的计算时间受到限制或无法完全产生解决方案时，现有的通用计划方法通常会产生较差的质量解决方案。我们提出了一个新的运动计划框架，旨在在用户定义的任务空间中运行，而不是机器人的工作空间，该框架有意将工作空间一般性交易，以计划和执行时间效率。我们的框架自动构建在线查询的轨迹库，类似于利用离线计算的以前方法。重要的是，我们的方法还提供了轨迹长度上有限的次级优势保证。关键的想法是建立称为$ \ epsilon $ -Gromov-Hausdorff近似值的近似异构体，以便在任务空间附近的点也很接近配置空间。这些边界关系进一步意味着可以平稳地串联轨迹，这使我们的框架能够解决批次查询方案，目的是找到最小长度的轨迹顺序，这些轨迹访问一组无序的目标。我们通过几种运动型配置评估了模拟框架，包括安装在移动基础上的操纵器。结果表明，我们的方法可实现可行的实时应用，并为扩展其功能提供了有趣的机会。

机器人技能系统旨在减少机器人设置时间的新制造任务。但是，对于灵巧，接触术的任务，通常很难找到正确的技能参数。一种策略是通过允许机器人系统直接学习任务来学习这些参数。对于学习问题，机器人操作员通常可以指定参数值的类型和范围。然而，鉴于他们先前的经验，机器人操作员应该能够通过提供有关在参数空间中找到最佳解决方案的知识猜测，从而进一步帮助学习过程。有趣的是，当前的机器人学习框架中没有利用这种先验知识。我们介绍了一种结合用户先验和贝叶斯优化的方法，以便在机器人部署时间快速优化机器人工业任务。我们在模拟中学习的三个任务以及直接在真实机器人系统上学习的两个任务中学习了我们的方法。此外，我们通过自动从良好表现的配置中自动构造先验来从相应的仿真任务中转移知识，以在真实系统上学习。为了处理潜在的任务目标，任务被建模为多目标问题。我们的结果表明，操作员的先验是用户指定和转移的，大大加快了富丽堂皇的阵线的发现，并且通常产生的最终性能远远超过了拟议的基线。

We present a generalised architecture for reactive mobile manipulation while a robot's base is in motion toward the next objective in a high-level task. By performing tasks on-the-move, overall cycle time is reduced compared to methods where the base pauses during manipulation. Reactive control of the manipulator enables grasping objects with unpredictable motion while improving robustness against perception errors, environmental disturbances, and inaccurate robot control compared to open-loop, trajectory-based planning approaches. We present an example implementation of the architecture and investigate the performance on a series of pick and place tasks with both static and dynamic objects and compare the performance to baseline methods. Our method demonstrated a real-world success rate of over 99%, failing in only a single trial from 120 attempts with a physical robot system. The architecture is further demonstrated on other mobile manipulator platforms in simulation. Our approach reduces task time by up to 48%, while also improving reliability, gracefulness, and predictability compared to existing architectures for mobile manipulation. See https://benburgesslimerick.github.io/ManipulationOnTheMove for supplementary materials.

在本文中，我们展示了具有性能保证的行为树如何在安全性和目标融合方面如何扩展使用使用机器学习设计的组件，而不会破坏这些性能保证。诸如强化学习或从演示中学习之类的机器学习方法对想要在代理商中有效和现实的行为的AI设计师非常有吸引力。但是，这些算法很少提供保证，可以在所有不同情况下解决给定的任务，同时确保代理商的安全。取而代之的是，对于手动设计的基于模型的方法，通常更容易找到此类保证。在本文中，我们利用行为树的模块化来扩展给定的设计，以保存保证的方式有效但可能不可靠的机器学习组件。用倒置的示例说明了该方法。

行为树代表了将几个低级控制策略结合到高级任务切换策略中的分层和模块化方式。在不同策略之间的任务切换方面也可以看到混合动态系统，因此已经进行了行为树和混合动态系统之间的几个比较，而是仅在离散时间内进行间隔。缺乏正式的行为树连续时间制定。此外，已经进行了特定类行为树设计的收敛分析，但不是一般设计。在这封信中，我们提供了行为树的第一次连续时间制定，表明它们可以被视为不连续的动态系统（混合动态系统的子类），这使得存在于行为树的存在和唯一性结果，最后，提供足够的条件，在该系统下，这些系统将收敛到通用设计的状态空间的所需区域。通过这些结果，可以在设计行为树控制器时使用持续时间动态系统的大量结果。

在本次调查中，我们介绍了执行需要不同于环境的操作任务的机器人的当前状态，使得机器人必须隐含地或明确地控制与环境的接触力来完成任务。机器人可以执行越来越多的人体操作任务，并且在1）主题上具有越来越多的出版物，其执行始终需要联系的任务，并且通过利用完美的任务来减轻环境来缓解不确定性信息，可以在没有联系的情况下进行。最近的趋势已经看到机器人在留下的人类留给人类，例如按摩，以及诸如PEG孔的经典任务中，对其他类似任务的概率更有效，更好的误差容忍以及更快的规划或学习任务。因此，在本调查中，我们涵盖了执行此类任务的机器人的当前阶段，从调查开始所有不同的联系方式机器人可以执行，观察这些任务是如何控制和表示的，并且最终呈现所需技能的学习和规划完成这些任务。

In the process of materials discovery, chemists currently need to perform many laborious, time-consuming, and often dangerous lab experiments. To accelerate this process, we propose a framework for robots to assist chemists by performing lab experiments autonomously. The solution allows a general-purpose robot to perform diverse chemistry experiments and efficiently make use of available lab tools. Our system can load high-level descriptions of chemistry experiments, perceive a dynamic workspace, and autonomously plan the required actions and motions to perform the given chemistry experiments with common tools found in the existing lab environment. Our architecture uses a modified PDDLStream solver for integrated task and constrained motion planning, which generates plans and motions that are guaranteed to be safe by preventing collisions and spillage. We present a modular framework that can scale to many different experiments, actions, and lab tools. In this work, we demonstrate the utility of our framework on three pouring skills and two foundational chemical experiments for materials synthesis: solubility and recrystallization. More experiments and updated evaluations can be found at https://ac-rad.github.io/arc-icra2023.

即使是最强大的自主行为也可能失败。这项研究的目的是在自主任务执行期间恢复和从失败中收集数据，以便将来可以防止它们。我们建议对实时故障恢复和数据收集进行触觉干预。Elly是一个系统，可以在自主机器人行为和人类干预之间进行无缝过渡，同时从人类恢复策略中收集感觉信息。系统和我们的设计选择在单臂任务上进行了实验验证 - 在插座中安装灯泡 - 以及双层任务 - 拧上瓶盖的帽子 - 使用两个配备的4手指握把。在这些示例中，Elly在总共40次运行中实现了超过80％的任务完成。

One of today's goals for industrial robot systems is to allow fast and easy provisioning for new tasks. Skill-based systems that use planning and knowledge representation have long been one possible answer to this. However, especially with contact-rich robot tasks that need careful parameter settings, such reasoning techniques can fall short if the required knowledge not adequately modeled. We show an approach that provides a combination of task-level planning and reasoning with targeted learning of skill parameters for a task at hand. Starting from a task goal formulated in PDDL, the learnable parameters in the plan are identified and an operator can choose reward functions and parameters for the learning process. A tight integration with a knowledge framework allows to form a prior for learning and the usage of multi-objective Bayesian optimization eases to balance aspects such as safety and task performance that can often affect each other. We demonstrate the efficacy and versatility of our approach by learning skill parameters for two different contact-rich tasks and show their successful execution on a real 7-DOF KUKA-iiwa.

Self-assembly of modular robotic systems enables the construction of complex robotic configurations to adapt to different tasks. This paper presents a framework for SMORES types of modular robots to efficiently self-assemble into tree topologies. These modular robots form kinematic chains that have been shown to be capable of a large variety of manipulation and locomotion tasks, yet they can reconfigure using a mobile reconfiguration. A desired kinematic topology can be mapped onto a planar pattern with optimal module assignment based on the modules' locations, then the mobile reconfiguration assembly process can be executed in parallel. A docking controller is developed to guarantee the success of docking processes. A hybrid control architecture is designed to handle a large number of modules and complex behaviors of each individual, and achieve efficient and robust self-assembly actions. The framework is demonstrated in both hardware and simulation on the SMORES-EP platform.