在机器学习中使用大型数据集已导致出色的结果，在某些情况下，在机器上认为不可能的任务中的人数优于人类。但是，在处理身体上的互动任务时，实现人类水平的表现，例如，在接触良好的机器人操作中，仍然是一个巨大的挑战。众所周知，规范笛卡尔阻抗进行此类行动对于成功执行至关重要。加强学习（RL）之类的方法可能是解决此类问题的有希望的范式。更确切地说，在解决新任务具有巨大潜力时，使用任务不足的专家演示的方法可以利用大型数据集。但是，现有的数据收集系统是昂贵，复杂的，或者不允许进行阻抗调节。这项工作是朝着数据收集框架迈出的第一步，适合收集与使用新颖的动作空间的RL问题公式相容的基于阻抗的专家演示的大型数据集。该框架是根据对机器人操纵的可用数据收集框架进行广泛分析后根据要求设计的。结果是一个低成本且开放的远程阻抗框架，它使人类专家能够展示接触式任务。

Dexterous manipulation with anthropomorphic robot hands remains a challenging problem in robotics because of the high-dimensional state and action spaces and complex contacts. Nevertheless, skillful closed-loop manipulation is required to enable humanoid robots to operate in unstructured real-world environments. Reinforcement learning (RL) has traditionally imposed enormous interaction data requirements for optimizing such complex control problems. We introduce a new framework that leverages recent advances in GPU-based simulation along with the strength of imitation learning in guiding policy search towards promising behaviors to make RL training feasible in these domains. To this end, we present an immersive virtual reality teleoperation interface designed for interactive human-like manipulation on contact rich tasks and a suite of manipulation environments inspired by tasks of daily living. Finally, we demonstrate the complementary strengths of massively parallel RL and imitation learning, yielding robust and natural behaviors. Videos of trained policies, our source code, and the collected demonstration datasets are available at https://maltemosbach.github.io/interactive_ human_like_manipulation/.

在移动操作（MM）中，机器人可以在内部导航并与其环境进行交互，因此能够完成比仅能够导航或操纵的机器人的更多任务。在这项工作中，我们探讨如何应用模仿学习（IL）来学习MM任务的连续Visuo-Motor策略。许多事先工作表明，IL可以为操作或导航域训练Visuo-Motor策略，但很少有效应用IL到MM域。这样做是挑战的两个原因：在数据方面，当前的接口使得收集高质量的人类示范困难，在学习方面，有限数据培训的政策可能会在部署时遭受协变速转变。为了解决这些问题，我们首先提出了移动操作Roboturk（Momart），这是一种新颖的遥控框架，允许同时导航和操纵移动操纵器，并在现实的模拟厨房设置中收集一类大规模的大规模数据集。然后，我们提出了一个学习错误检测系统来解决通过检测代理处于潜在故障状态时的协变量转变。我们从该数据中培训表演者的IL政策和错误探测器，在专家数据培训时，在多个多级任务中达到超过45％的任务成功率和85％的错误检测成功率。 CodeBase，DataSets，Visualization，以及更多可用的https://sites.google.com/view/il-for-mm/home。

Surgical robot automation has attracted increasing research interest over the past decade, expecting its huge potential to benefit surgeons, nurses and patients. Recently, the learning paradigm of embodied AI has demonstrated promising ability to learn good control policies for various complex tasks, where embodied AI simulators play an essential role to facilitate relevant researchers. However, existing open-sourced simulators for surgical robot are still not sufficiently supporting human interactions through physical input devices, which further limits effective investigations on how human demonstrations would affect policy learning. In this paper, we study human-in-the-loop embodied intelligence with a new interactive simulation platform for surgical robot learning. Specifically, we establish our platform based on our previously released SurRoL simulator with several new features co-developed to allow high-quality human interaction via an input device. With these, we further propose to collect human demonstrations and imitate the action patterns to achieve more effective policy learning. We showcase the improvement of our simulation environment with the designed new features and tasks, and validate state-of-the-art reinforcement learning algorithms using the interactive environment. Promising results are obtained, with which we hope to pave the way for future research on surgical embodied intelligence. Our platform is released and will be continuously updated in the website: https://med-air.github.io/SurRoL/

3D视觉输入的对象操纵对构建可宽大的感知和政策模型构成了许多挑战。然而，现有基准中的3D资产主要缺乏与拓扑和几何中的现实世界内复杂的3D形状的多样性。在这里，我们提出了Sapien操纵技能基准（Manishill）以在全物理模拟器中的各种物体上基准操纵技巧。 Manishill中的3D资产包括大型课堂内拓扑和几何变化。仔细选择任务以涵盖不同类型的操纵挑战。 3D Vision的最新进展也使我们认为我们应该定制基准，以便挑战旨在邀请研究3D深入学习的研究人员。为此，我们模拟了一个移动的全景摄像头，返回以自我为中心的点云或RGB-D图像。此外，我们希望Manishill是为一个对操纵研究感兴趣的广泛研究人员提供服务。除了支持从互动的政策学习，我们还支持学习 - 从演示（LFD）方法，通过提供大量的高质量演示（〜36,000个成功的轨迹，总共〜1.5米点云/ RGB-D帧）。我们提供使用3D深度学习和LFD算法的基线。我们的基准（模拟器，环境，SDK和基线）的所有代码都是开放的，并且将基于基准举办跨学科研究人员面临的挑战。

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。

我们通过在野外观看人类来解决学习问题。尽管在现实世界中学习的传统方法和强化学习对于学习是有希望的，但它们要么是效率低下的样本，要么被限制在实验室环境中。同时，处理被动的，非结构化的人类数据已经取得了很大的成功。我们建议通过有效的一声机器人学习算法解决此问题，该算法围绕第三人称的角度学习。我们称我们的方法旋转：野生人类模仿机器人学习。旋转对人类演示者的意图提取先前，并使用它来初始化代理商的策略。我们介绍了一种有效的现实世界政策学习方案，该方案可以使用交互作用进行改进。我们的主要贡献是一种简单的基于抽样的策略优化方法，这是一种对齐人和机器人视频的新型目标功能，以及一种提高样本效率的探索方法。我们在现实世界中展示了单一的概括和成功，其中包括野外的20个不同的操纵任务。视频并在https://human2robot.github.io上进行交谈

在本文中，我们讨论了通过模仿教授双人操作任务的框架。为此，我们提出了一种从人类示范中学习合规和接触良好的机器人行为的系统和算法。提出的系统结合了入学控制和机器学习的见解，以提取控制政策，这些政策可以（a）从时空和空间中恢复并适应各种干扰，同时（b）有效利用与环境的物理接触。我们使用现实世界中的插入任务证明了方法的有效性，该任务涉及操纵对象和插入钉之间的多个同时接触。我们还研究了为这种双人设置收集培训数据的有效方法。为此，我们进行了人类受试者的研究，并分析用户报告的努力和精神需求。我们的实验表明，尽管很难提供，但在遥控演示中可用的其他力/扭矩信息对于阶段估计和任务成功至关重要。最终，力/扭矩数据大大提高了操纵鲁棒性，从而在多点插入任务中获得了90％的成功率。可以在https://bimanualmanipulation.com/上找到代码和视频

Robots have been steadily increasing their presence in our daily lives, where they can work along with humans to provide assistance in various tasks on industry floors, in offices, and in homes. Automated assembly is one of the key applications of robots, and the next generation assembly systems could become much more efficient by creating collaborative human-robot systems. However, although collaborative robots have been around for decades, their application in truly collaborative systems has been limited. This is because a truly collaborative human-robot system needs to adjust its operation with respect to the uncertainty and imprecision in human actions, ensure safety during interaction, etc. In this paper, we present a system for human-robot collaborative assembly using learning from demonstration and pose estimation, so that the robot can adapt to the uncertainty caused by the operation of humans. Learning from demonstration is used to generate motion trajectories for the robot based on the pose estimate of different goal locations from a deep learning-based vision system. The proposed system is demonstrated using a physical 6 DoF manipulator in a collaborative human-robot assembly scenario. We show successful generalization of the system's operation to changes in the initial and final goal locations through various experiments.

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。

机器人操纵器广泛用于现代制造过程。但是，它们在非结构化环境中的部署仍然是一个公开问题。为了应对现实世界操纵任务的多样性，复杂性和不确定性，必须开发灵活的框架，以减少环境特征的假设。近年来，加固学习（RL）为单臂机器人操纵表现出了很大的结果。然而，专注于双臂操纵的研究仍然很少见。根据经典的控制视角，解决这些任务通常涉及两个操纵器之间的相互作用的复杂建模，以及在任务中遇到的对象，以及在控制水平处耦合的两个机器人。相反，在这项工作中，我们探讨了无模型RL对双臂组件的适用性。当我们的目标是促进不限于双臂组件的方法，而是一般来说，双臂操纵，我们将尽量措施保持建模。因此，为了避免建模两个机器人与使用的组装工具之间的相互作用，我们呈现了一种模块化方法，其具有两个分散的单臂控制器，其使用单个集中式学习策略耦合。我们只使用稀疏奖励将建模努力降低到最低限度。我们的建筑使成功的装配和简单地从模拟转移到现实世界。我们展示了框架对双臂钉孔的有效性，并分析了不同动作空间的样品效率和成功率。此外，我们在处理位置不确定性时，我们比较不同的间隙和展示干扰恢复和稳健性的结果。最后，我们Zero-Shot Transfer策略在模拟中培训到现实世界并评估其性能。

人类仍在执行许多高精度（DIS）任务，而这是自动化的理想机会。本文提供了一个框架，该框架使非专家的人类操作员能够教机器人手臂执行复杂的精确任务。该框架使用可变的笛卡尔阻抗控制器来执行从动力学人类示范中学到的轨迹。可以给出反馈以进行交互重塑或加快原始演示。董事会本地化是通过对任务委员会位置的视觉估算来完成的，并通过触觉反馈进行了完善。我们的框架在机器人基准拆卸挑战上进行了测试，该机器人必须执行复杂的精确任务，例如关键插入。结果显示每个操纵子任务的成功率很高，包括盒子中新型姿势的情况。还进行了消融研究以评估框架的组成部分。

Imitation learning techniques aim to mimic human behavior in a given task. An agent (a learning machine) is trained to perform a task from demonstrations by learning a mapping between observations and actions. The idea of teaching by imitation has been around for many years, however, the field is gaining attention recently due to advances in computing and sensing as well as rising demand for intelligent applications. The paradigm of learning by imitation is gaining popularity because it facilitates teaching complex tasks with minimal expert knowledge of the tasks. Generic imitation learning methods could potentially reduce the problem of teaching a task to that of providing demonstrations; without the need for explicit programming or designing reward functions specific to the task. Modern sensors are able to collect and transmit high volumes of data rapidly, and processors with high computational power allow fast processing that maps the sensory data to actions in a timely manner. This opens the door for many potential AI applications that require real-time perception and reaction such as humanoid robots, self-driving vehicles, human computer interaction and computer games to name a few. However, specialized algorithms are needed to effectively and robustly learn models as learning by imitation poses its own set of challenges. In this paper, we survey imitation learning methods and present design options in different steps of the learning process. We introduce a background and motivation for the field as well as highlight challenges specific to the imitation problem. Methods for designing and evaluating imitation learning tasks are categorized and reviewed. Special attention is given to learning methods in robotics and games as these domains are the most popular in the literature and provide a wide array of problems and methodologies. We extensively discuss combining imitation learning approaches using different sources and methods, as well as incorporating other motion learning methods to enhance imitation. We also discuss the potential impact on industry, present major applications and highlight current and future research directions.

最近在体现AI中的研究已经通过使用模拟环境来开发和培训机器人学习方法。然而，使用模拟已经引起了只需要机器人模拟器可以模拟的任务：运动和物理接触的任务。我们呈现IGIBSON 2.0，一个开源仿真环境，通过三个关键创新支持模拟更多样化的家庭任务。首先，IGIBSON 2.0支持对象状态，包括温度，湿度水平，清洁度和切割和切片状态，以涵盖更广泛的任务。其次，IGIBSON 2.0实现了一组谓词逻辑函数，该逻辑函数将模拟器状态映射到烹饪或浸泡等逻辑状态。另外，给定逻辑状态，IGIBSON 2.0可以对满足它的有效物理状态进行示例。此功能可以以最少的努力从用户生成潜在的无限实例。采样机制允许我们的场景在语义有意义的位置中的小对象更密集地填充。第三，IGIBSON 2.0包括虚拟现实（VR）界面，以将人类浸入其场景以收集示威操作。因此，我们可以从这些新型任务中收集人类的示威活动，并使用它们进行模仿学习。我们评估了IGIBSON 2.0的新功能，以实现新的任务的机器人学习，希望能够展示这一新模拟器的潜力来支持体现AI的新研究。 IGIBSON 2.0及其新数据集可在http://svl.stanford.edu/igibson/上公开提供。

虽然对理解计算机视觉中的手对象交互进行了重大进展，但机器人执行复杂的灵巧操纵仍然非常具有挑战性。在本文中，我们提出了一种新的平台和管道DEXMV（来自视频的Dexerous操纵）以进行模仿学习。我们设计了一个平台：（i）具有多指机器人手和（ii）计算机视觉系统的复杂灵巧操纵任务的仿真系统，以记录进行相同任务的人类手的大规模示范。在我们的小说管道中，我们从视频中提取3D手和对象姿势，并提出了一种新颖的演示翻译方法，将人类运动转换为机器人示范。然后，我们将多个仿制学习算法与演示进行应用。我们表明，示威活动确实可以通过大幅度提高机器人学习，并解决独自增强学习无法解决的复杂任务。具有视频的项目页面：https://yzqin.github.io/dexmv

Reinforcement learning often suffer from the sparse reward issue in real-world robotics problems. Learning from demonstration (LfD) is an effective way to eliminate this problem, which leverages collected expert data to aid online learning. Prior works often assume that the learning agent and the expert aim to accomplish the same task, which requires collecting new data for every new task. In this paper, we consider the case where the target task is mismatched from but similar with that of the expert. Such setting can be challenging and we found existing LfD methods can not effectively guide learning in mismatched new tasks with sparse rewards. We propose conservative reward shaping from demonstration (CRSfD), which shapes the sparse rewards using estimated expert value function. To accelerate learning processes, CRSfD guides the agent to conservatively explore around demonstrations. Experimental results of robot manipulation tasks show that our approach outperforms baseline LfD methods when transferring demonstrations collected in a single task to other different but similar tasks.

最近，深度加固学习（RL）在机器人操作应用中表现出了一些令人印象深刻的成功。但是，由于样本效率和安全性问题，现实世界中的培训机器人是不平凡的。提出了SIM到现实的转移来解决上述问题，但引入了一个名为“现实差距”的新问题。在这项工作中，我们通过使用单个摄像头的输入来解决上述问题，为基于视觉的组装任务引入SIM模型学习框架，并在模拟环境中进行培训。我们提出了一种基于循环一致的生成对抗网络（CycleGAN）和力量控制转移方法来弥合现实差距的域适应方法。我们证明，在模拟环境中训练有训练的拟议框架可以成功地转移到真实的孔洞设置中。

抓握是通过在一组触点上施加力和扭矩来挑选对象的过程。深度学习方法的最新进展允许在机器人对象抓地力方面快速进步。我们在过去十年中系统地调查了出版物，特别感兴趣使用最终效果姿势的所有6度自由度抓住对象。我们的综述发现了四种用于机器人抓钩的常见方法：基于抽样的方法，直接回归，强化学习和示例方法。此外，我们发现了围绕抓握的两种“支持方法”，这些方法使用深入学习来支持抓握过程，形状近似和负担能力。我们已经将本系统评论（85篇论文）中发现的出版物提炼为十个关键要点，我们认为对未来的机器人抓握和操纵研究至关重要。该调查的在线版本可从https://rhys-newbury.github.io/projects/6dof/获得

本文为复杂和物理互动的任务提供了用于移动操纵器的混合学习和优化框架。该框架利用了入学型物理接口，以获得直观而简化的人类演示和高斯混合模型（GMM）/高斯混合物回归（GMR），以根据位置，速度和力剖面来编码和生成学习的任务要求。接下来，使用GMM/GMR生成的所需轨迹和力剖面，通过用二次程序加强能量箱增强笛卡尔阻抗控制器的阻抗参数可以在线优化，以确保受控系统的消极性。进行了两个实验以验证框架，将我们的方法与两种恒定刚度（高和低）的方法进行了比较。结果表明，即使在存在诸如意外的最终效应碰撞等干扰的情况下，该方法在轨迹跟踪和生成的相互作用力方面都优于其他两种情况。

学识渊博的视觉运动策略已取得了相当大的成功，作为用于机器人操纵的传统手工制作框架的替代方法。令人惊讶的是，这些方法向多视域域的扩展相对尚未探索。可以在移动操作平台上部署成功的多视策略，从而使机器人可以完成任务，无论其场景的看法如何。在这项工作中，我们证明可以通过从各种观点收集数据来通过模仿学习来找到多览策略。我们通过在模拟环境和真实的移动操纵平台上学习完成几个具有挑战性的多阶段和接触任务来说明该方法的一般适用性。此外，与从固定角度收集的数据相比，我们分析了我们的政策，以确定从多视图数据中学习的好处。我们表明，与使用等效量的固定视图数据相比，从多视图数据中学习对固定视图任务的惩罚很少（如果有的话）。最后，我们研究了多视图和固定视图策略所学的视觉特征。我们的结果表明，多视图策略隐含地学习识别与空间相关的特征。