惯性测量单元（IMU）在机器人研究中无处不在。它为机器人提供了姿势信息，以实现平衡和导航。但是，人类和动物可以在没有精确的方向或位置值的情况下感知其身体在环境中的运动。这种互动固有地涉及感知和动作之间的快速反馈回路。这项工作提出了一种端到端方法，该方法使用高维视觉观察和动作命令来训练视觉自模型进行腿部运动。视觉自模型学习机器人身体运动与地面纹理之间的空间关系从图像序列变化。我们证明机器人可以利用视觉自模型来实现机器人在训练过程中看不见的现实环境中的各种运动任务。通过我们提出的方法，机器人可以在没有IMU的情况下或在没有GPS或弱地磁场的环境中进行运动，例如该市的室内和Urban Canyons。

我们解决了动态环境中感知力的问题。在这个问题中，四足动物的机器人必须对环境混乱和移动的障碍物表现出强大而敏捷的步行行为。我们提出了一个名为Prelude的分层学习框架，该框架将感知力的问题分解为高级决策，以预测导航命令和低级步态生成以实现目标命令。在此框架中，我们通过在可进入手推车上收集的人类示范和使用加固学习（RL）的低级步态控制器（RL）上收集的人类示范中的模仿学习来训练高级导航控制器。因此，我们的方法可以从人类监督中获取复杂的导航行为，并从反复试验中发现多功能步态。我们证明了方法在模拟和硬件实验中的有效性。可以在https://ut-aut-autin-rpl.github.io/prelude上找到视频和代码。

随着腿部机器人和嵌入式计算都变得越来越有能力，研究人员已经开始专注于这些机器人的现场部署。在非结构化环境中的强大自治需要对机器人周围的世界感知，以避免危害。但是，由于处理机车动力学所需的复杂规划人员和控制器，因此在网上合并在线的同时在线保持敏捷运动对腿部机器人更具挑战性。该报告将比较三种最新的感知运动方法，并讨论可以使用视觉来实现腿部自主权的不同方式。

Legged robots pose one of the greatest challenges in robotics. Dynamic and agile maneuvers of animals cannot be imitated by existing methods that are crafted by humans. A compelling alternative is reinforcement learning, which requires minimal craftsmanship and promotes the natural evolution of a control policy. However, so far, reinforcement learning research for legged robots is mainly limited to simulation, and only few and comparably simple examples have been deployed on real systems. The primary reason is that training with real robots, particularly with dynamically balancing systems, is complicated and expensive. In the present work, we report a new method for training a neural network policy in simulation and transferring it to a state-of-the-art legged system, thereby we leverage fast, automated, and cost-effective data generation schemes. The approach is applied to the ANYmal robot, a sophisticated medium-dog-sized quadrupedal system. Using policies trained in simulation, the quadrupedal machine achieves locomotion skills that go beyond what had been achieved with prior methods: ANYmal is capable of precisely and energy-efficiently following high-level body velocity commands, running faster than ever before, and recovering from falling even in complex configurations.

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。

在复杂环境中开发针对四足动物的强大视觉引导控制器，具有各种障碍，动力环境和不平坦的地形，这是非常具有挑战性的。尽管增强学习（RL）为敏捷的运动技能提供了有希望的范式，并在模拟中提供了视觉投入，但在现实世界中将RL政策部署仍然非常具有挑战性。我们的关键见解是，除了域间隙的差异，模拟和现实世界之间的视觉外观外，控制管道的延迟也是困难的主要原因。在本文中，我们建议在训练RL代理时解决此问题。具体而言，我们通过使用过去的观测值模拟真实硬件的延迟，并以随机时期进行采样，以进行本体感受和视觉。我们在没有任何预定义的控制器或参考运动的情况下训练RL策略在物理模拟器中以端到端的控制，并将其直接部署在野外运行的真实A1四倍的机器人上。我们在具有复杂地形和障碍的不同室外环境中评估我们的方法。我们证明机器人可以高速操纵，避免障碍物，并在基准方面显示出显着改善。我们的带有视频的项目页面位于https://mehooz.github.io/mmdr-wild/。

In this work, we show how to learn a visual walking policy that only uses a monocular RGB camera and proprioception. Since simulating RGB is hard, we necessarily have to learn vision in the real world. We start with a blind walking policy trained in simulation. This policy can traverse some terrains in the real world but often struggles since it lacks knowledge of the upcoming geometry. This can be resolved with the use of vision. We train a visual module in the real world to predict the upcoming terrain with our proposed algorithm Cross-Modal Supervision (CMS). CMS uses time-shifted proprioception to supervise vision and allows the policy to continually improve with more real-world experience. We evaluate our vision-based walking policy over a diverse set of terrains including stairs (up to 19cm high), slippery slopes (inclination of 35 degrees), curbs and tall steps (up to 20cm), and complex discrete terrains. We achieve this performance with less than 30 minutes of real-world data. Finally, we show that our policy can adapt to shifts in the visual field with a limited amount of real-world experience. Video results and code at https://antonilo.github.io/vision_locomotion/.

受数字孪生系统的启发，开发了一个新型的实时数字双框架，以增强机器人对地形条件的感知。基于相同的物理模型和运动控制，这项工作利用了与真实机器人同步的模拟数字双重同步，以捕获和提取两个系统之间的差异信息，这两个系统提供了多个物理数量的高维线索，以表示代表差异建模和现实世界。柔软的，非刚性的地形会导致腿部运动中常见的失败，因此，视觉感知完全不足以估计地形的这种物理特性。我们使用了数字双重来开发可折叠性的估计，这通过动态步行过程中的物理互动来解决此问题。真实机器人及其数字双重双重测量之间的感觉测量的差异用作用于地形可折叠性分析的基于学习的算法的输入。尽管仅在模拟中受过培训，但学习的模型可以在模拟和现实世界中成功执行可折叠性估计。我们对结果的评估表明，对不同方案和数字双重的优势的概括，可在地面条件下可靠地检测到细微差别。

Figure 1: A five-fingered humanoid hand trained with reinforcement learning manipulating a block from an initial configuration to a goal configuration using vision for sensing.

In this paper, we present a framework for learning quadruped navigation by integrating central pattern generators (CPGs), i.e. systems of coupled oscillators, into the deep reinforcement learning (DRL) framework. Through both exteroceptive and proprioceptive sensing, the agent learns to modulate the intrinsic oscillator setpoints (amplitude and frequency) and coordinate rhythmic behavior among different oscillators to track velocity commands while avoiding collisions with the environment. We compare different neural network architectures (i.e. memory-free and memory-enabled) which learn implicit interoscillator couplings, as well as varying the strength of the explicit coupling weights in the oscillator dynamics equations. We train our policies in simulation and perform a sim-to-real transfer to the Unitree Go1 quadruped, where we observe robust navigation in a variety of scenarios. Our results show that both memory-enabled policy representations and explicit interoscillator couplings are beneficial for a successful sim-to-real transfer for navigation tasks. Video results can be found at https://youtu.be/O_LX1oLZOe0.

我们提出了一种新颖的户外导航算法，以生成稳定，有效的动作，以将机器人导航到目标。我们使用多阶段的训练管道，并表明我们的模型产生了政策，从而在复杂的地形上导致稳定且可靠的机器人导航。基于近端政策优化（PPO）算法，我们开发了一种新颖的方法来实现户外导航任务的多种功能，即：减轻机器人的漂移，使机器人在颠簸的地形上保持稳定，避免在山丘上攀登，并具有陡峭的山坡，并改变了山坡，并保持了陡峭的高度变化，并使机器人稳定在山坡上，并避免了攀岩地面上的攀登，并避免了机器人的攀岩地形，并避免了机器人的攀岩地形。避免碰撞。我们的培训过程通过引入更广泛的环境和机器人参数以及统一模拟器中LIDAR感知的丰富特征来减轻现实（SIM到现实）差距。我们使用Clearphith Husky和Jackal在模拟和现实世界中评估我们的方法。此外，我们将我们的方法与最先进的方法进行了比较，并表明在现实世界中，它在不平坦的地形上至少提高了30.7％通过防止机器人在高梯度的区域移动，机器人在每个运动步骤处的高程变化。

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。

近年来，商业上可用和负担得起的四足动物机器人激增，其中许多平台在研究和行业中都被积极使用。随着腿部机器人的可用性的增长，对这些机器人能够执行有用技能的控制器的需求也是如此。但是，大多数用于控制器开发的基于学习的框架都集中在培训机器人特定的控制器上，该过程需要为每个新机器人重复。在这项工作中，我们引入了一个用于训练四足机器人的广义运动（Genloco）控制器的框架。我们的框架合成了可以部署在具有相似形态的各种四足动物的机器人上的通用运动控制器。我们提出了一种简单但有效的形态随机化方法，该方法在程序上生成了一组训练的模拟机器人。我们表明，通过对这套模拟机器人进行训练，我们的模型获得了更多的通用控制策略，这些策略可以直接转移到具有多种形态的新型模拟和真实世界机器人中，在训练过程中未观察到。

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。

模块化机器人可以在每天重新排列到新设计中，通过为每项新任务形成定制机器人来处理各种各样的任务。但是，重新配置的机制是不够的：每个设计还需要自己独特的控制策略。人们可以从头开始为每个新设计制作一个政策，但这种方法不可扩展，特别是给出了甚至一小组模块可以生成的大量设计。相反，我们创建了一个模块化策略框架，策略结构在硬件排列上有调节，并仅使用一个培训过程来创建控制各种设计的策略。我们的方法利用了模块化机器人的运动学可以表示为设计图，其中节点作为模块和边缘作为它们之间的连接。给定机器人，它的设计图用于创建具有相同结构的策略图，其中每个节点包含一个深神经网络，以及通过共享参数的相同类型共享知识的模块（例如，Hexapod上的所有腿都相同网络参数）。我们开发了一种基于模型的强化学习算法，交织模型学习和轨迹优化，以培训策略。我们展示了模块化政策推广到培训期间没有看到的大量设计，没有任何额外的学习。最后，我们展示了与模拟和真实机器人一起控制各种设计的政策。

基于腿部机器人的基于深的加固学习（RL）控制器表现出令人印象深刻的鲁棒性，可在不同的环境中为多个机器人平台行走。为了在现实世界中启用RL策略为类人类机器人应用，至关重要的是，建立一个可以在2D和3D地形上实现任何方向行走的系统，并由用户命令控制。在本文中，我们通过学习遵循给定步骤序列的政策来解决这个问题。该政策在一组程序生成的步骤序列（也称为脚步计划）的帮助下进行培训。我们表明，仅将即将到来的2个步骤喂入政策就足以实现全向步行，安装到位，站立和攀登楼梯。我们的方法采用课程学习对地形的复杂性，并规避了参考运动或预训练的权重的需求。我们证明了我们提出的方法在Mujoco仿真环境中学习2个新机器人平台的RL策略-HRP5P和JVRC -1-。可以在线获得培训和评估的代码。

腿部运动的最新进展使四足动物在具有挑战性的地形上行走。但是，两足机器人本质上更加不稳定，因此很难为其设计步行控制器。在这项工作中，我们利用了对机车控制的快速适应的最新进展，并将其扩展到双皮亚机器人。与现有作品类似，我们从基本策略开始，该策略在将适应模块的输入中作为输入作为输入。该外部媒介包含有关环境的信息，并使步行控制器能够快速在线适应。但是，外部估计器可能是不完善的，这可能导致基本政策的性能不佳，这预计是一个完美的估计器。在本文中，我们提出了A-RMA（Adapting RMA），该A-RMA（适应RMA）还通过使用无模型RL对其进行了鉴定，从而适应了不完美的外部外部估计器的基本策略。我们证明，A-RMA在仿真中胜过许多基于RL的基线控制器和基于模型的控制器，并显示了单个A-RMA策略的零拍摄部署，以使双皮德机器人Cassie能够在各种各样的现实世界中的不同场景超出了培训期间所见。 https://ashish-kmr.github.io/a-rma/的视频和结果

如今，腿部四足机器人的设计和开发是科学研究的一个非常活跃的领域。实际上，由于与其他移动机器人相比，腿部机器人能够适应严峻的地形和各种环境条件，因此变得流行。随着对腿部机器人实验的需求较高，更多的研究和工程师需要一种负担得起，快速的运动算法开发方式。在本文中，我们提出了一个新的开源四倍的机器人超狗平台，该平台具有12个RC伺服电机，NVIDIA JETSON NANO COMPUTER和STM32F4 DISCOVERY板。 HyperDog是四倍的机器人软件开发的开源平台，该平台基于机器人操作系统2（ROS2）和Micro-Ros。此外，HyperDog是完全由3D印刷零件和碳纤维建造的四倍的机器人狗，它使机器人的重量轻和强度良好。这项工作的想法是证明机器人开发的一种负担得起且可定制的方式，并为研究和工程师提供了腿部机器人平台，在该平台中可以在模拟和真实环境中测试和验证不同的算法。具有代码的开发项目可在GitHub（https://github.com/ndhana94/hyperdog_ros2）上获得。

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。

在本文中，我们提出了一个可靠的控制器，该控制器在真正的盲人四足机器人上实现了自然且稳定的快速运动。只有本体感受信息，四足机器人的身体长度最大速度可以移动10倍，并且具有通过各种复杂地形的能力。通过无模型的强化学习，在模拟环境中训练控制器。在本文中，拟议的宽松邻里控制体系结构不仅保证了学习率，而且还获得了一个易于转移到真正四倍的机器人的动作网络。我们的研究发现，训练过程中存在数据对称性损失的问题，这导致学习控制器在左右对称的四倍体机器人结构上的性能不平衡，并提出了一个镜像世界神经网络来解决性能问题。由Mirror-World网络组成的学习控制器可以使机器人具有出色的反扰动能力。训练架构中没有使用特定的人类知识，例如脚部轨迹发生器。学识渊博的控制器可以协调机器人的步态频率和运动速度，并且与人工设计的控制器相比，运动模式更自然，更合理。我们的控制器具有出色的抗扰动性能，并且具有良好的概括能力，可以达到从未学到的运动速度，并且从未见过的地形。