2022-04-04
大型语言模型可以编码有关世界的大量语义知识。这种知识对于旨在采取自然语言表达的高级，时间扩展的指示的机器人可能非常有用。但是，语言模型的一个重大弱点是，它们缺乏现实世界的经验，这使得很难利用它们在给定的体现中进行决策。例如，要求语言模型描述如何清洁溢出物可能会导致合理的叙述，但是它可能不适用于需要在特定环境中执行此任务的特定代理商（例如机器人）。我们建议通过预处理的技能来提供现实世界的基础，这些技能用于限制模型以提出可行且在上下文上适当的自然语言动作。机器人可以充当语言模型的“手和眼睛”，而语言模型可以提供有关任务的高级语义知识。我们展示了如何将低级技能与大语言模型结合在一起，以便语言模型提供有关执行复杂和时间扩展说明的过程的高级知识，而与这些技能相关的价值功能则提供了连接必要的基础了解特定的物理环境。我们在许多现实世界的机器人任务上评估了我们的方法，我们表明了对现实世界接地的需求，并且这种方法能够在移动操纵器上完成长远，抽象的自然语言指令。该项目的网站和视频可以在https://say-can.github.io/上找到。
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最近的作品表明，如何将大语言模型（LLM）的推理能力应用于自然语言处理以外的领域，例如机器人的计划和互动。这些具体的问题要求代理商了解世界上许多语义方面：可用技能的曲目，这些技能如何影响世界以及对世界的变化如何映射回该语言。在体现环境中规划的LLMS不仅需要考虑要做什么技能，还需要考虑如何以及何时进行操作 - 答案随着时间的推移而变化，以响应代理商自己的选择。在这项工作中，我们调查了在这种体现的环境中使用的LLM在多大程度上可以推论通过自然语言提供的反馈来源，而无需任何其他培训。我们建议，通过利用环境反馈，LLM能够形成内部独白，使他们能够在机器人控制方案中进行更丰富的处理和计划。我们研究了各种反馈来源，例如成功检测，场景描述和人类互动。我们发现，闭环语言反馈显着改善了三个领域的高级指导完成，包括模拟和真实的桌面顶部重新排列任务以及现实世界中厨房环境中的长途移动操作任务。
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By transferring knowledge from large, diverse, task-agnostic datasets, modern machine learning models can solve specific downstream tasks either zero-shot or with small task-specific datasets to a high level of performance. While this capability has been demonstrated in other fields such as computer vision, natural language processing or speech recognition, it remains to be shown in robotics, where the generalization capabilities of the models are particularly critical due to the difficulty of collecting real-world robotic data. We argue that one of the keys to the success of such general robotic models lies with open-ended task-agnostic training, combined with high-capacity architectures that can absorb all of the diverse, robotic data. In this paper, we present a model class, dubbed Robotics Transformer, that exhibits promising scalable model properties. We verify our conclusions in a study of different model classes and their ability to generalize as a function of the data size, model size, and data diversity based on a large-scale data collection on real robots performing real-world tasks. The project's website and videos can be found at robotics-transformer.github.io
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已经证明，经过代码完成培训的大型语言模型（LLMS）能够合成DocStrings的简单Python程序[1]。我们发现这些代码编写的LLM可以被重新使用以编写机器人策略代码，给定自然语言命令。具体而言，策略代码可以表达处理感知输出的功能或反馈循环（例如，从对象检测器[2]，[3]）并参数化控制原始API。当作为输入提供了几个示例命令（格式为注释）后，然后是相应的策略代码（通过少量提示），LLMS可以接收新命令并自主重新编写API调用以分别生成新的策略代码。通过链接经典的逻辑结构并引用第三方库（例如，numpy，shapely）执行算术，以这种方式使用的LLM可以编写（i）（i）表现出空间几何推理的机器人策略，（ii）（ii）将其推广到新的说明和新指令和新指令和（iii）根据上下文（即行为常识）规定模棱两可的描述（例如“更快”）的精确值（例如，速度）。本文将代码作为策略介绍：语言模型生成程序的以机器人为中心的形式化（LMP），该程序可以代表反应性策略（例如阻抗控制器），以及基于Waypoint的策略（基于远见的选择，基于轨迹，基于轨迹，控制），在多个真实的机器人平台上展示。我们方法的核心是促使层次代码 - 代码（递归定义未定义的功能），该代码可以编写更复杂的代码，还可以改善最新的代码，以解决HOMANEVAL [1]基准中的39.8％的问题。代码和视频可从https://code-as-policies.github.io获得。
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我们研究了从机器人交互的大型离线数据集学习一系列基于视觉的操纵任务的问题。为了实现这一目标，人类需要简单有效地将任务指定给机器人。目标图像是一种流行的任务规范形式，因为它们已经在机器人的观察空间接地。然而，目标图像也有许多缺点：它们对人类提供的不方便，它们可以通过提供导致稀疏奖励信号的所需行为，或者在非目标达到任务的情况下指定任务信息。自然语言为任务规范提供了一种方便而灵活的替代方案，而是随着机器人观察空间的接地语言挑战。为了可扩展地学习此基础，我们建议利用具有人群源语言标签的离线机器人数据集（包括高度最佳，自主收集的数据）。使用此数据，我们学习一个简单的分类器，该分类器预测状态的更改是否完成了语言指令。这提供了一种语言调节奖励函数，然后可以用于离线多任务RL。在我们的实验中，我们发现，在语言条件的操作任务中，我们的方法优于目标 - 图像规格和语言条件仿制技术超过25％，并且能够从自然语言中执行Visuomotor任务，例如“打开右抽屉“和”移动订书机“，在弗兰卡·埃米卡熊猫机器人上。
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We present a retrospective on the state of Embodied AI research. Our analysis focuses on 13 challenges presented at the Embodied AI Workshop at CVPR. These challenges are grouped into three themes: (1) visual navigation, (2) rearrangement, and (3) embodied vision-and-language. We discuss the dominant datasets within each theme, evaluation metrics for the challenges, and the performance of state-of-the-art models. We highlight commonalities between top approaches to the challenges and identify potential future directions for Embodied AI research.
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2022-09-20
大型语言模型（LLM）从人类的指示中解开了任务计划的新功能。但是，事先尝试将LLMS应用于现实世界的机器人任务受到周围场景中缺乏接地的限制。在本文中，我们开发了NLMAP，这是一个开放式摄影和可查询场景表示，以解决此问题。 NLMAP是一个框架，可以将上下文信息收集到LLM计划者中，从而在生成上下文条件条件计划之前，可以在场景中查看和查询可用的对象。 NLMAP首先使用视觉语言模型（VLM）建立自然语言可查询场景表示。基于LLM的对象建议模块解析指令并提出涉及的对象，以查询场景表示以获取对象可用性和位置。然后，LLM规划师计划提供有关场景的此类信息。 NLMAP允许机器人在没有固定的对象列表或可执行选项的情况下操作，从而使真实的机器人操作无法通过以前的方法实现。项目网站：https：//nlmap-saycan.github.io
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在本文中，我们研究了可以从原始图像中学习低级技能的曲目的问题，这些曲目可以测序以完成长效的视觉运动任务。强化学习（RL）是一种自主获取短疗法技能的有前途的方法。但是，RL算法的重点很大程度上是这些个人技能的成功，而不是学习和扎根大量的技能曲目，这些技能可以对这些技能进行测序，这些技能可以对完成扩展的多阶段任务进行测序。后者需要稳健性和持久性，因为技能的错误会随着时间的流逝而复杂，并且可能要求机器人在其曲目中具有许多原始技能，而不仅仅是一个。为此，我们介绍了Ember，Ember是一种基于模型的RL方法，用于学习原始技能，适合完成长途视觉运动任务。 Ember使用学识渊博的模型，评论家和成功分类器学习和计划，成功分类器既可以作为RL的奖励功能，又是一种基础机制，可连续检测机器人在失败或扰动下是否应重试技能。此外，学到的模型是任务不合时宜的，并使用来自所有技能的数据进行了培训，从而使机器人能够有效地学习许多不同的原语。这些视觉运动原始技能及其相关的前后条件可以直接与现成的符号计划者结合在一起，以完成长途任务。在Franka Emika机器人部门上，我们发现Ember使机器人能够以85％的成功率完成三个长马视觉运动任务，例如组织办公桌，文件柜和抽屉，需要排序多达12个技能，这些技能最多需要12个技能，涉及14个独特的学识渊博，并要求对新物体进行概括。
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强化学习可以培训有效执行复杂任务的政策。然而，对于长地平线任务，这些方法的性能与地平线脱落，通常需要推理和构成较低级别的技能。等级强化学习旨在通过为行动抽象提供一组低级技能来实现这一点。通过抽象空间状态，层次结构也可以进一步提高这一点。我们对适当的状态抽象应取决于可用的较低级别策略的功能。我们提出了价值函数空间：通过使用与每个较低级别的技能对应的值函数来产生这种表示的简单方法。这些价值函数捕获场景的可取性，从而形成了紧凑型摘要任务相关信息的表示，并强大地忽略了分散的人。迷宫解决和机器人操纵任务的实证评估表明，我们的方法提高了长地平的性能，并且能够比替代的无模型和基于模型的方法能够更好的零拍泛化。
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与人类在环境中共存的通用机器人必须学会将人类语言与其在一系列日常任务中有用的看法和行动联系起来。此外，他们需要获取各种曲目的一般专用技能，允许通过遵循无约束语言指示来组成长地平任务。在本文中，我们呈现了凯文（从语言和愿景撰写的行动），是一个露天模拟基准，用于学习Long-Horizo n语言条件的任务。我们的目的是使可以开发能够通过船上传感器解决许多机器人操纵任务的代理商，并且仅通过人类语言指定。 Calvin任务在序列长度，动作空间和语言方面更复杂，而不是现有的视觉和语言任务数据集，并支持灵活的传感器套件规范。我们评估零拍摄的代理商以新颖的语言指示以及新的环境和对象。我们表明，基于多语境模仿学习的基线模型在凯文中表现不佳，表明有很大的空间，用于开发创新代理，了解学习将人类语言与这款基准相关的世界模型。
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在工厂或房屋等环境中协助我们的机器人必须学会使用对象作为执行任务的工具，例如使用托盘携带对象。我们考虑了学习常识性知识何时可能有用的问题，以及如何与其他工具一起使用其使用以完成由人类指示的高级任务。具体而言，我们引入了一种新型的神经模型，称为Tooltango，该模型首先预测要使用的下一个工具，然后使用此信息来预测下一项动作。我们表明，该联合模型可以告知学习精细的策略，从而使机器人可以顺序使用特定工具，并在使模型更加准确的情况下增加了重要价值。 Tooltango使用图神经网络编码世界状态，包括对象和它们之间的符号关系，并使用人类教师的演示进行了培训，这些演示是指导物理模拟器中的虚拟机器人的演示。该模型学会了使用目标和动作历史的知识来参加场景，最终将符号动作解码为执行。至关重要的是，我们解决了缺少一些已知工具的看不见的环境的概括，但是存在其他看不见的工具。我们表明，通过通过从知识库中得出的预训练的嵌入来增强环境的表示，该模型可以有效地将其推广到新的环境中。实验结果表明，在预测具有看不见对象的新型环境中模拟移动操纵器的成功符号计划时，至少48.8-58.1％的绝对改善对基准的绝对改善。这项工作朝着使机器人能够快速合成复杂任务的强大计划的方向，尤其是在新颖的环境中
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2022-09-22
任务计划可能需要定义有关机器人需要采取行动的世界的无数领域知识。为了改善这项工作，可以使用大型语言模型（LLM）在任务计划期间为潜在的下一个操作评分，甚至直接生成动作序列，鉴于没有其他域信息的自然语言指令。但是，这样的方法要么需要列举所有可能的下一步评分，要么生成可能包含在当前机器人中给定机器人上不可能操作的自由形式文本。我们提出了一个程序化的LLM提示结构，该结构能够跨越位置环境，机器人功能和任务的计划生成功能。我们的关键见解是提示LLM具有环境中可用操作和对象的类似程序的规格，以及可以执行的示例程序。我们通过消融实验提出了有关迅速结构和生成约束的具体建议，证明了虚拟屋家庭任务中最先进的成功率，并将我们的方法部署在桌面任务的物理机器人组上。网站progprompt.github.io
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2022-09-19
长摩根和包括一系列隐性子任务的日常任务仍然在离线机器人控制中构成了重大挑战。尽管许多先前的方法旨在通过模仿和离线增强学习的变体来解决这种设置，但学习的行为通常是狭窄的，并且经常努力实现可配置的长匹配目标。由于这两个范式都具有互补的优势和劣势，因此我们提出了一种新型的层次结构方法，结合了两种方法的优势，以从高维相机观察中学习任务无关的长胜压策略。具体而言，我们结合了一项低级政策，该政策通过模仿学习和从离线强化学习中学到的高级政策学习潜在的技能，以促进潜在的行为先验。各种模拟和真实机器人控制任务的实验表明，我们的配方使以前看不见的技能组合能够通过“缝制”潜在技能通过目标链条，并在绩效上提高绩效的顺序，从而实现潜在的目标。艺术基线。我们甚至还学习了一个多任务视觉运动策略，用于现实世界中25个不同的操纵任务，这既优于模仿学习和离线强化学习技术。
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我们研究了复杂几何物体的机器人堆叠问题。我们提出了一个挑战和多样化的这些物体，这些物体被精心设计，以便要求超出简单的“拾取”解决方案之外的策略。我们的方法是加强学习（RL）方法与基于视觉的互动政策蒸馏和模拟到现实转移相结合。我们的学习政策可以有效地处理现实世界中的多个对象组合，并展示各种各样的堆叠技能。在一个大型的实验研究中，我们调查在模拟中学习这种基于视觉的基于视觉的代理的选择，以及对真实机器人的最佳转移产生了什么影响。然后，我们利用这些策略收集的数据并通过离线RL改善它们。我们工作的视频和博客文章作为补充材料提供。
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在线自主代理能够利用各种潜在的任务知识来源；但是，目前的方法总是只关注一两个。在这里，我们调查了利用多样化知识源以一记模拟的家用移动机器人的新任务学习的挑战和影响。在SOAR认知体系结构中开发的最终代理使用以下域和任务知识来源：与环境的互动，任务执行和规划知识，人类自然语言指导以及从大语言模型（GPT-3）检索到的响应。我们探讨了这些知识来源的不同贡献，并在学习正确的任务知识，人力工作量和计算成本方面评估了不同组合的性能。结合所有来源的结果表明，整合可以在计算成本和人力工作量方面改善一声任务学习。
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Inspired by progress in large-scale language modeling, we apply a similar approach towards building a single generalist agent beyond the realm of text outputs. The agent, which we refer to as Gato, works as a multi-modal, multi-task, multi-embodiment generalist policy. The same network with the same weights can play Atari, caption images, chat, stack blocks with a real robot arm and much more, deciding based on its context whether to output text, joint torques, button presses, or other tokens. In this report we describe the model and the data, and document the current capabilities of Gato.
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现实的操纵任务要求机器人与具有长时间运动动作序列的环境相互作用。尽管最近出现了深厚的强化学习方法，这是自动化操作行为的有希望的范式，但由于勘探负担，它们通常在长途任务中缺乏。这项工作介绍了操纵原始增强的强化学习（Maple），这是一个学习框架，可通过预定的行为原始库来增强标准强化学习算法。这些行为原始素是专门实现操纵目标（例如抓住和推动）的强大功能模块。为了使用这些异质原始素，我们制定了涉及原语的层次结构策略，并使用输入参数实例化执行。我们证明，枫树的表现优于基线方法，通过一系列模拟的操纵任务的大幅度。我们还量化了学习行为的组成结构，并突出了我们方法将策略转移到新任务变体和物理硬件的能力。视频和代码可从https://ut-aut-autin-rpl.github.io/maple获得
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机器人技术中的一个长期目标是建立可以从使用其板载传感器获得的感知中执行各种日常任务的机器人，并且仅通过自然语言指定。尽管最近通过利用从像素的端到端学习来实现了在语言驱动的机器人技术中的实质性进步，但由于设置的基本差异，没有明确且妥善理解的过程来做出各种设计选择。在本文中，我们对从离线自由模仿数据集中学习语言条件政策的最关键挑战进行了广泛的研究。我们进一步确定了改善性能的架构和算法技术，例如机器人控制学习的层次分解，多模式变压器编码器，离散的潜在计划以及与视频和语言表示一致的自我监视的对比损失。通过将调查的结果与改进的模型组件相结合，我们能够提出一种新颖的方法，该方法在具有挑战性的语言条件长的长摩托器机器人操纵Calvin基准上大大优于最新技术。我们已经开源的实施方式，以促进未来的研究，以学习自然语言连续指定的许多复杂的操纵技能。 http://hulc.cs.uni-freiburg.de可用代码库和训练有素的模型
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2022-02-28
Learning policies that effectively utilize language instructions in complex, multi-task environments is an important problem in sequential decision-making. While it is possible to condition on the entire language instruction directly, such an approach could suffer from generalization issues. In our work, we propose \emph{Learning Interpretable Skill Abstractions (LISA)}, a hierarchical imitation learning framework that can learn diverse, interpretable primitive behaviors or skills from language-conditioned demonstrations to better generalize to unseen instructions. LISA uses vector quantization to learn discrete skill codes that are highly correlated with language instructions and the behavior of the learned policy. In navigation and robotic manipulation environments, LISA outperforms a strong non-hierarchical Decision Transformer baseline in the low data regime and is able to compose learned skills to solve tasks containing unseen long-range instructions. Our method demonstrates a more natural way to condition on language in sequential decision-making problems and achieve interpretable and controllable behavior with the learned skills.
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我们介绍了语言信息的潜在行动（LILA），这是在人机协作的背景下学习自然语言界面的框架。 Lila落在共享自主范式下：除了提供离散语言输入之外，人类还有低维控制器$ - 例如，可以向左/向右和向右移动2自由度（DOF）操纵杆$ - $操作机器人。 LILA学习使用语言来调制本控制器，为用户提供语言信息的控制空间：给定“将谷物碗放在托盘上的指示”，LILA可以学习一个二维空间，其中一个维度控制距离的距离机器人的末端执行器到碗，另一个维度控制机器人的末端效应器相对于碗上的抓地点。我们使用现实世界的用户学习评估LILA，用户可以在操作7 DOF法兰卡·埃米卡熊猫手臂时提供语言指导，以完成一系列复杂的操作任务。我们表明LILA模型不仅可以比仿制学习和终端效应器控制基线更高效，而且表现不变，但它们也是质疑优选的用户。
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