随着计算能力的兴起，使用数据驱动的方法来共同设计机器人的形态和控制器已成为一种可行的方法。然而，评估每个形态下控制器的适应性是耗时的。作为开创性数据驱动的方法，共同适应利用了双NETWORK机制，目的是学习以形态学参数为条件的Q功能，以取代对各种候选者的传统评估，从而加快优化的速度。在本文中，我们发现共同适应在参数传输期间训练和状态行动分布变化期间的勘探误差的存在，这损害了性能。我们提出了在线和离线RL方法的并发网络的框架。通过灵活地利用行为克隆术语，我们可以减轻上述问题对结果的影响。进行仿真和物理实验以证明我们所提出的方法优于基线算法，这说明了所提出的方法是发现形态和控制器的最佳组合的有效方法。
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机器人和与世界相互作用或互动的机器人和智能系统越来越多地被用来自动化各种任务。这些系统完成这些任务的能力取决于构成机器人物理及其传感器物体的机械和电气部件，例如，感知算法感知环境，并计划和控制算法以生产和控制算法来生产和控制算法有意义的行动。因此，通常有必要在设计具体系统时考虑这些组件之间的相互作用。本文探讨了以端到端方式对机器人系统进行任务驱动的合作的工作，同时使用推理或控制算法直接优化了系统的物理组件以进行任务性能。我们首先考虑直接优化基于信标的本地化系统以达到本地化准确性的问题。设计这样的系统涉及将信标放置在整个环境中，并通过传感器读数推断位置。在我们的工作中，我们开发了一种深度学习方法，以直接优化信标的放置和位置推断以达到本地化精度。然后，我们将注意力转移到了由任务驱动的机器人及其控制器优化的相关问题上。在我们的工作中，我们首先提出基于多任务增强学习的数据有效算法。我们的方法通过利用能够在物理设计的空间上概括设计条件的控制器，有效地直接优化了物理设计和控制参数，以直接优化任务性能。然后，我们对此进行跟进，以允许对离散形态参数（例如四肢的数字和配置）进行优化。最后，我们通过探索优化的软机器人的制造和部署来得出结论。
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从意外的外部扰动中恢复的能力是双模型运动的基本机动技能。有效的答复包括不仅可以恢复平衡并保持稳定性的能力，而且在平衡恢复物质不可行时，也可以保证安全的方式。对于与双式运动有关的机器人，例如人形机器人和辅助机器人设备，可帮助人类行走，设计能够提供这种稳定性和安全性的控制器可以防止机器人损坏或防止伤害相关的医疗费用。这是一个具有挑战性的任务，因为它涉及用触点产生高维，非线性和致动系统的高动态运动。尽管使用基于模型和优化方法的前进方面，但诸如广泛领域知识的要求，诸如较大的计算时间和有限的动态变化的鲁棒性仍然会使这个打开问题。在本文中，为了解决这些问题，我们开发基于学习的算法，能够为两种不同的机器人合成推送恢复控制政策：人形机器人和有助于双模型运动的辅助机器人设备。我们的工作可以分为两个密切相关的指示：1）学习人形机器人的安全下降和预防策略，2）使用机器人辅助装置学习人类的预防策略。为实现这一目标，我们介绍了一套深度加强学习（DRL）算法，以学习使用这些机器人时提高安全性的控制策略。
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由于涉及的复杂动态和多标准优化，控制非静态双模型机器人具有挑战性。最近的作品已经证明了深度加强学习（DRL）的仿真和物理机器人的有效性。在这些方法中，通常总共总共汇总来自不同标准的奖励以学习单个值函数。但是，这可能导致混合奖励之间的依赖信息丢失并导致次优策略。在这项工作中，我们提出了一种新颖的奖励自适应加强学习，用于Biped运动，允许控制策略通过使用动态机制通过多标准同时优化。该方法应用多重批评，为每个奖励组件学习单独的值函数。这导致混合政策梯度。我们进一步提出了动态权重，允许每个组件以不同的优先级优化策略。这种混合动态和动态策略梯度（HDPG）设计使代理商更有效地学习。我们表明所提出的方法优于总结奖励方法，能够转移到物理机器人。 SIM-to-Real和Mujoco结果进一步证明了HDPG的有效性和泛化。
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机器人的形态和行为的互相适应变得与快速的3D-制造方法和高效的深强化学习算法的出现越来越重要。对于互相适应的方法应用到真实世界的一个主要挑战是由于模型和仿真不准确的模拟到现实的差距。然而，以前的工作主要集中在形态开发的分析模型，并用大量的用户群（微）模拟器的进化适应的研究，忽视的模拟到现实差距的存在和在现实世界中制造周期的成本。本文提出了一种新的办法，结合经典的高频率计算昂贵的图形神经网络的代理数据高效互相适应深层神经网络具有不同度的自由度数。在仿真结果表明，新方法可以通过有效的设计优化与离线强化学习相结合共同适应的生产周期这样一个有限的数量中的代理程序，它允许在今后的工作中直接应用到真实世界的互相适应任务评估
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我们专注于开发Quadrupedal机器人节能控制器的问题。动物可以以不同的速度积极切换Gaits以降低其能量消耗。在本文中，我们设计了一个分层学习框架，其中独特的运动遗传仪和自然步态过渡自动出现，其能量最小化的简单奖励。我们使用进化策略来培训一个高级步态政策，指定每只脚的步态图案，而低级凸MPC控制器优化电机命令，以便机器人可以使用该步态图案以所需的速度行走。我们在四足机器人上测试我们的学习框架，并展示了自动步态过渡，从步行到小跑和飞行，因为机器人增加了速度。我们表明学习的等级控制器在广泛的运动速度范围内消耗的能量要少于基线控制器。
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元强化学习（RL）方法可以使用比标准RL少的数据级的元培训策略，但元培训本身既昂贵又耗时。如果我们可以在离线数据上进行元训练，那么我们可以重复使用相同的静态数据集，该数据集将一次标记为不同任务的奖励，以在元测试时间适应各种新任务的元训练策略。尽管此功能将使Meta-RL成为现实使用的实用工具，但离线META-RL提出了除在线META-RL或标准离线RL设置之外的其他挑战。 Meta-RL学习了一种探索策略，该策略收集了用于适应的数据，并元培训策略迅速适应了新任务的数据。由于该策略是在固定的离线数据集上进行了元训练的，因此当适应学识渊博的勘探策略收集的数据时，它可能表现得不可预测，这与离线数据有系统地不同，从而导致分布变化。我们提出了一种混合脱机元元素算法，该算法使用带有奖励的脱机数据来进行自适应策略，然后收集其他无监督的在线数据，而无需任何奖励标签来桥接这一分配变化。通过不需要在线收集的奖励标签，此数据可以便宜得多。我们将我们的方法比较了在模拟机器人的运动和操纵任务上进行离线元rl的先前工作，并发现使用其他无监督的在线数据收集可以显着提高元训练政策的自适应能力，从而匹配完全在线的表现。在一系列具有挑战性的域上，需要对新任务进行概括。
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机器学习算法中多个超参数的最佳设置是发出大多数可用数据的关键。为此目的，已经提出了几种方法，例如进化策略，随机搜索，贝叶斯优化和启发式拇指规则。在钢筋学习（RL）中，学习代理在与其环境交互时收集的数据的信息内容严重依赖于许多超参数的设置。因此，RL算法的用户必须依赖于基于搜索的优化方法，例如网格搜索或Nelder-Mead单简单算法，这对于大多数R1任务来说是非常效率的，显着减慢学习曲线和离开用户的速度有目的地偏见数据收集的负担。在这项工作中，为了使RL算法更加用户独立，提出了一种使用贝叶斯优化的自主超参数设置的新方法。来自过去剧集和不同的超参数值的数据通过执行行为克隆在元学习水平上使用，这有助于提高最大化获取功能的加强学习变体的有效性。此外，通过紧密地整合在加强学习代理设计中的贝叶斯优化，还减少了收敛到给定任务的最佳策略所需的状态转换的数量。与其他手动调整和基于优化的方法相比，计算实验显示了有希望的结果，这突出了改变算法超级参数来增加所生成数据的信息内容的好处。
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机器人的共同适应一直是一项长期的研究努力，其目的是将系统的身体和行为适应给定的任务，灵感来自动物的自然演变。共同适应有可能消除昂贵的手动硬件工程，并提高系统性能。共同适应的标准方法是使用奖励功能来优化行为和形态。但是，众所周知，定义和构建这种奖励功能是困难的，并且通常是一项重大的工程工作。本文介绍了关于共同适应问题的新观点，我们称之为共同构图：寻找形态和政策，使模仿者可以紧密匹配演示者的行为。为此，我们提出了一种通过匹配示威者的状态分布来适应行为和形态的共同模拟方法。具体而言，我们专注于两种代理之间的状态和动作空间不匹配的挑战性情况。我们发现，共同映射会增加各种任务和设置的行为相似性，并通过将人的步行，慢跑和踢到模拟的人形生物转移来证明共同映射。
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2022-02-10
机器人学习中流行的范式是为每个新机器人从头开始训练一项政策。这不仅效率低下，而且对于复杂的机器人而言通常不切实际。在这项工作中，我们考虑了将政策转移到具有显着不同参数（例如运动学和形态）的两个不同机器人中的问题。通过匹配动作或状态过渡分布（包括模仿学习方法）来训练新政策的现有方法，由于最佳动作和/或状态分布在不同的机器人中不匹配而失败。在本文中，我们提出了一种名为$ Revolver $的新方法，该方法使用连续进化模型用于物理模拟器中实现的机器人政策转移。我们通过找到机器人参数的连续进化变化，在源机器人和目标机器人之间进行了插值。源机器人的专家政策是通过逐渐发展为目标机器人的一系列中间机器人的训练来转移的。物理模拟器上的实验表明，所提出的连续进化模型可以有效地跨机器人转移策略，并在新机器人上实现卓越的样品效率。在稀疏的奖励环境中，提出的方法尤其有利，在稀疏奖励环境中，探索可以大大减少。代码在https://github.com/xingyul/revolver上发布。
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演员 - 评论家（AC）算法以求解钢筋学习问题而闻名，但它们也遭受了低采样效率。基于AC的策略优化过程是迭代的，并且需要经常访问代理环境系统来通过推出策略，收集奖励和状态（即样本）来评估和更新策略，并从中学习。它最终需要大量的样本来学习最佳政策。为了提高采样效率，我们提出了一种策略来优化培训数据集，该数据集含有从AC过程中收集的显着较少的样本。数据集优化由仅限最佳剧集操作，策略参数 - 健身模型和遗传算法模块。与控制自主动态系统的许多当代AC算法相比，由优化的训练数据集训练的最佳策略网络表现出优越的性能。标准基准测试的评估表明，该方法提高了采样效率，可确保更快地收敛到Optima，并且比其对应物更具数据效率。
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深度强化学习是在不需要领域知识的不受控制环境中学习政策的有前途的方法。不幸的是，由于样本效率低下，深度RL应用主要集中在模拟环境上。在这项工作中，我们证明了机器学习算法和库的最新进步与精心调整的机器人控制器相结合，导致在现实世界中仅20分钟内学习四倍的运动。我们在几个室内和室外地形上评估了我们的方法，这些室内和室外地形对基于古典模型的控制器来说是具有挑战性的。我们观察机器人能够在所有这些地形上始终如一地学习步态。最后，我们在模拟环境中评估我们的设计决策。
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实现人类水平的灵活性是机器人技术中的重要开放问题。但是，即使在婴儿级别，灵巧的手动操纵任务也是通过增强学习（RL）的挑战。困难在于高度的自由度和异质因素（例如手指关节）之间所需的合作。在这项研究中，我们提出了双人灵感手基准（BI-DEXHANDS），这是一种模拟器，涉及两只灵巧的手，其中包含数十只双人操纵任务和数千个目标对象。具体而言，根据认知科学文献，BI-DEXHANDS中的任务旨在匹配不同级别的人类运动技能。我们在ISSAC体育馆里建造了Bi-Dexhands；这可以实现高效的RL培训，仅在一个NVIDIA RTX 3090中达到30,000+ fps。我们在不同的设置下为流行的RL算法提供了全面的基准；这包括单代理/多代理RL，离线RL，多任务RL和META RL。我们的结果表明，PPO类型的上车算法可以掌握简单的操纵任务，该任务等效到48个月的人类婴儿（例如，捕获飞行的物体，打开瓶子），而多代理RL可以进一步帮助掌握掌握需要熟练的双人合作的操作（例如，举起锅，堆叠块）。尽管每个任务都取得了成功，但在获得多个操纵技能方面，现有的RL算法无法在大多数多任务和少量学习设置中工作，这需要从RL社区进行更实质性的发展。我们的项目通过https://github.com/pku-marl/dexteroushands开放。
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平衡机器人（Ballbot）是测试平衡控制器有效性的好平台。考虑到平衡控制，已经广泛使用了基于模型的反馈控制方法。但是，接触和碰撞很难建模，并且通常导致平衡控制失败，尤其是当球机器人倾斜的角度时。为了探索球机器人的最大初始倾斜角，平衡控制被解释为使用增强学习（RL）的恢复任务。 RL是难以建模的系统的强大技术，因为它允许代理通过与环境进行交互来学习策略。在本文中，通过将常规反馈控制器与RL方法相结合，提出了化合物控制器。我们通过训练代理成功执行涉及联系和碰撞的恢复任务来显示化合物控制器的有效性。仿真结果表明，与常规基于模型的控制器相比，使用化合物控制器可以在更大的初始倾斜角度下保持平衡。
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如何在演示相对较大时更加普遍地进行模仿学习一直是强化学习（RL）的持续存在问题。糟糕的示威活动导致狭窄和偏见的日期分布，非马洛维亚人类专家演示使代理商难以学习，而过度依赖子最优轨迹可以使代理商努力提高其性能。为了解决这些问题，我们提出了一种名为TD3FG的新算法，可以平稳地过渡从专家到学习从经验中学习。我们的算法在Mujoco环境中实现了有限的有限和次优的演示。我们使用行为克隆来将网络作为参考动作发生器训练，并在丢失函数和勘探噪声方面使用它。这种创新可以帮助代理商从示威活动中提取先验知识，同时降低了糟糕的马尔科维亚特性的公正的不利影响。与BC +微调和DDPGFD方法相比，它具有更好的性能，特别是当示范相对有限时。我们调用我们的方法TD3FG意味着来自发电机的TD3。
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不确定性量化是现实世界应用中机器学习的主要挑战之一。在强化学习中，一个代理人面对两种不确定性，称为认识论不确定性和态度不确定性。同时解开和评估这些不确定性，有机会提高代理商的最终表现，加速培训并促进部署后的质量保证。在这项工作中，我们为连续控制任务的不确定性感知强化学习算法扩展了深层确定性策略梯度算法（DDPG）。它利用了认识论的不确定性，以加快探索和不确定性来学习风险敏感的政策。我们进行数值实验，表明我们的DDPG变体在机器人控制和功率网络优化方面的基准任务中均优于香草DDPG而没有不确定性估计。
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最近已结合了进化算法（EAS）和深度加强学习（DRL）以集成两个解决方案的优势以获得更好的政策学习。然而，在现有的混合方法中，EA用于直接培训策略网络，这将导致对政策绩效的样本效率和不可预测的影响。为了更好地整合这两种方法并避免引入EA引起的缺点，我们致力于设计更有效和合理的结合EA和DRL的方法。在本文中，我们提出了进化行动选择 - 双胞胎延迟深度确定性政策梯度（EAS-TD3），是EA和DRL的新组合。在EAS中，我们专注于优化策略网络选择的动作，并尝试通过进化算法来指导策略学习的高质量行动。我们对挑战的连续控制任务进行了几个实验。结果表明，EAS-TD3在其他最先进的方法中显示出优异的性能。
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在没有高保真模拟环境的情况下，学习有效的加强学习（RL）政策可以解决现实世界中的复杂任务。在大多数情况下，我们只有具有简化动力学的不完善的模拟器，这不可避免地导致RL策略学习中的SIM到巨大差距。最近出现的离线RL领域为直接从预先收集的历史数据中学习政策提供了另一种可能性。但是，为了达到合理的性能，现有的离线RL算法需要不切实际的离线数据，并具有足够的州行动空间覆盖范围进行培训。这提出了一个新问题：是否有可能通过在线RL中的不完美模拟器中的离线RL中的有限数据中的学习结合到无限制的探索，以解决两种方法的缺点？在这项研究中，我们提出了动态感知的混合离线和对线增强学习（H2O）框架，以为这个问题提供肯定的答案。 H2O引入了动态感知的政策评估方案，该方案可以自适应地惩罚Q函数在模拟的状态行动对上具有较大的动态差距，同时也允许从固定的现实世界数据集中学习。通过广泛的模拟和现实世界任务以及理论分析，我们证明了H2O与其他跨域在线和离线RL算法相对于其他跨域的表现。 H2O提供了全新的脱机脱机RL范式，该范式可能会阐明未来的RL算法设计，以解决实用的现实世界任务。
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事件触发的模型预测控制（EMPC）是一种流行的最佳控制方法，旨在减轻MPC的计算和/或通信负担。但是，通常需要先验了解闭环系统行为以及设计事件触发策略的通信特征。本文试图通过提出有效的EMPC框架来解决这一挑战，并在随后的自动驾驶汽车路径上成功实施了该框架。首先，使用无模型的加固学习（RL）代理用于学习最佳的事件触发策略，而无需在此框架中具有完整的动态系统和通信知识。此外，还采用了包括优先经验重播（PER）缓冲区和长期术语记忆（LSTM）的技术来促进探索和提高训练效率。在本文中，我们使用提出的三种深度RL算法的拟议框架，即双Q学习（DDQN），近端策略优化（PPO）和软参与者 - 批评（SAC），以解决此问题。实验结果表明，所有三个基于RL的EMPC（DEEP-RL-EMPC）都比在自动途径下的常规阈值和以前的基于线性Q的方法获得更好的评估性能。特别是，具有LSTM和DDQN-EMPC的PPO-EMPC具有PER和LSTM的PPO-EMPC在闭环控制性能和事件触发频率之间获得了较高的平衡。关联的代码是开源的，可在以下网址提供：https：//github.com/dangfengying/rl基础基础 - event-triggered-mpc。
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强化学习和最近的深度增强学习是解决如Markov决策过程建模的顺序决策问题的流行方法。问题和选择算法和超参数的RL建模需要仔细考虑，因为不同的配置可能需要完全不同的性能。这些考虑因素主要是RL专家的任务;然而，RL在研究人员和系统设计师不是RL专家的其他领域中逐渐变得流行。此外，许多建模决策，例如定义状态和动作空间，批次的大小和批量更新的频率以及时间戳的数量通常是手动进行的。由于这些原因，RL框架的自动化不同组成部分具有重要意义，近年来它引起了很多关注。自动RL提供了一个框架，其中RL的不同组件包括MDP建模，算法选择和超参数优化是自动建模和定义的。在本文中，我们探讨了可以在自动化RL中使用的文献和目前的工作。此外，我们讨论了Autorl中的挑战，打开问题和研究方向。
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