In this paper, we study the implementation of a model predictive controller (MPC) for the task of object manipulation in a highly uncertain environment (e.g., picking objects from a semi-flexible array of densely packed bins). As a real-time perception-driven feedback controller, MPC is robust to the uncertainties in this environment. However, our experiment shows MPC cannot control a robot to complete a sequence of motions in a heavily occluded environment due to its myopic nature. It will benefit from adding a high-level policy that adaptively adjusts the optimization problem for MPC.

对于移动机器人而言，与铰接式对象的交互是一项具有挑战性但重要的任务。为了应对这一挑战，我们提出了一条新型的闭环控制管道，该管道将负担能力估计的操纵先验与基于采样的全身控制相结合。我们介绍了完全反映了代理的能力和体现的代理意识提供的概念，我们表明它们的表现优于其最先进的对应物，这些对应物仅以最终效果的几何形状为条件。此外，发现闭环负担推论使代理可以将任务分为多个非连续运动，并从失败和意外状态中恢复。最后，管道能够执行长途移动操作任务，即在现实世界中开放和关闭烤箱，成功率很高（开放：71％，关闭：72％）。

通过改变肌肉僵硬来适应符合性的能力对于人类灵巧的操纵技巧至关重要。在机器人电动机控制中纳入合规性对于执行具有人级敏捷性的现实力量相互作用任务至关重要。这项工作为合规机器人操作提供了一个深层的模型预测性变量阻抗控制器，该阻抗操纵结合了可变阻抗控制与模型预测控制（MPC）。使用最大化信息增益的勘探策略学习了机器人操纵器的广义笛卡尔阻抗模型。该模型在MPC框架内使用，以适应低级变量阻抗控制器的阻抗参数，以实现针对不同操纵任务的所需合规性行为，而无需进行任何重新培训或填充。使用Franka Emika Panda机器人操纵器在模拟和实际实验中运行的操作，使用Franka Emika Panda机器人操纵器评估深层模型预测性变量阻抗控制方法。将所提出的方法与无模型和基于模型的强化方法进行了比较，以可变阻抗控制，以进行任务和性能之间的可传递性。

我们研究机器人如何自主学习需要联合导航和抓握的技能。虽然原则上的加固学习提供自动机器人技能学习，但在实践中，在现实世界中的加固学习是挑战性的，并且往往需要大量的仪器和监督。我们的宗旨是以无论没有人为干预的自主方式，设计用于学习导航和操纵的机器人强化学习系统，在没有人为干预的情况下，在现实的假设下实现持续学习。我们建议的系统relmm，可以在没有任何环境仪器的现实世界平台上不断学习，没有人为干预，而无需访问特权信息，例如地图，对象位置或环境的全局视图。我们的方法采用模块化策略与组件进行操纵和导航，其中操纵政策不确定性驱动导航控制器的探索，操作模块为导航提供奖励。我们在房间清理任务上评估我们的方法，机器人必须导航到并拾取散落在地板上的物品。在掌握课程训练阶段之后，relmm可以在自动真实培训的大约40小时内自动学习导航并完全抓住。

机器人系统的控制设计很复杂，通常需要解决优化才能准确遵循轨迹。在线优化方法（例如模型预测性控制（MPC））已被证明可以实现出色的跟踪性能，但需要高计算能力。相反，基于学习的离线优化方法，例如加固学习（RL），可以在机器人上快速有效地执行，但几乎不匹配MPC在轨迹跟踪任务中的准确性。在具有有限计算的系统（例如航空车）中，必须在执行时间有效的精确控制器。我们提出了一种分析策略梯度（APG）方法来解决此问题。 APG通过在跟踪误差上以梯度下降的速度训练控制器来利用可区分的模拟器的可用性。我们解决了通过课程学习和实验经常在广泛使用的控制基准，Cartpole和两个常见的空中机器人，一个四极管和固定翼无人机上进行的训练不稳定性。在跟踪误差方面，我们提出的方法优于基于模型和无模型的RL方法。同时，它达到与MPC相似的性能，同时需要少于数量级的计算时间。我们的工作为APG作为机器人技术的有前途的控制方法提供了见解。为了促进对APG的探索，我们开放代码并在https://github.com/lis-epfl/apg_traightory_tracking上提供。

我们建议学习使用隐式功能通过灵巧的手来产生抓握运动来操纵。通过连续的时间输入，该模型可以生成连续且平滑的抓握计划。我们命名了建议的模型连续掌握函数（CGF）。 CGF是通过使用3D人类演示的有条件变异自动编码器的生成建模来学习的。我们将首先通过运动重试将大规模的人类对象相互作用轨迹转换为机器人演示，然后使用这些演示训练CGF。在推断期间，我们使用CGF进行采样，以在模拟器中生成不同的抓握计划，并选择成功的抓握计划以转移到真实的机器人中。通过对不同人类数据的培训，我们的CGF允许概括来操纵多个对象。与以前的计划算法相比，CGF更有效，并且在转移到真正的Allegro手抓住的情况下，成功率显着提高。我们的项目页面位于https://jianglongye.com/cgf

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。

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。

Sampling-based Model Predictive Control (MPC) is a flexible control framework that can reason about non-smooth dynamics and cost functions. Recently, significant work has focused on the use of machine learning to improve the performance of MPC, often through learning or fine-tuning the dynamics or cost function. In contrast, we focus on learning to optimize more effectively. In other words, to improve the update rule within MPC. We show that this can be particularly useful in sampling-based MPC, where we often wish to minimize the number of samples for computational reasons. Unfortunately, the cost of computational efficiency is a reduction in performance; fewer samples results in noisier updates. We show that we can contend with this noise by learning how to update the control distribution more effectively and make better use of the few samples that we have. Our learned controllers are trained via imitation learning to mimic an expert which has access to substantially more samples. We test the efficacy of our approach on multiple simulated robotics tasks in sample-constrained regimes and demonstrate that our approach can outperform a MPC controller with the same number of samples.

我们解决了在存在障碍物的情况下，通过一系列航路点来解决四肢飞行的最低时间飞行问题，同时利用了完整的四型动力学。早期作品依赖于简化的动力学或多项式轨迹表示，而这些动力学或多项式轨迹表示，这些表示没有利用四四光的全部执行器电位，因此导致了次优溶液。最近的作品可以计划最小的时间轨迹；然而，轨迹是通过无法解释障碍的控制方法执行的。因此，由于模型不匹配和机上干扰，成功执行此类轨迹很容易出现错误。为此，我们利用深厚的强化学习和经典的拓扑路径计划来训练强大的神经网络控制器，以在混乱的环境中为最少的四型四型飞行。由此产生的神经网络控制器表现出比最新方法相比，高达19％的性能要高得多。更重要的是，博学的政策同时在线解决了计划和控制问题，以解决干扰，从而实现更高的鲁棒性。因此，提出的方法在没有碰撞的情况下实现了100％的最低时间策略的成功率，而传统的计划和控制方法仅获得40％。所提出的方法在模拟和现实世界中均已验证，四速速度高达42公里/小时，加速度为3.6g。

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.

对于自动驾驶汽车而言，遍历交叉点是一个具有挑战性的问题，尤其是当交叉路口没有交通控制时。最近，由于其成功处理自动驾驶任务，深厚的强化学习受到了广泛的关注。在这项工作中，我们解决了使用新颖的课程进行深入增强学习的问题的问题。拟议的课程导致：1）与未经课程训练的代理人相比，增强剂学习代理的更快的训练过程和2）表现更好。我们的主要贡献是两个方面：1）提供一个独特的课程，用于训练深入的强化学习者，2）显示了所提出的课程在未信号的交叉遍历任务中的应用。该框架期望自动驾驶汽车的感知系统对周围环境进行了处理。我们在Comonroad运动计划模拟器中测试我们的TTTERTIONS和四向交集的方法。

Sampling-based methods have become a cornerstone of contemporary approaches to Model Predictive Control (MPC), as they make no restrictions on the differentiability of the dynamics or cost function and are straightforward to parallelize. However, their efficacy is highly dependent on the quality of the sampling distribution itself, which is often assumed to be simple, like a Gaussian. This restriction can result in samples which are far from optimal, leading to poor performance. Recent work has explored improving the performance of MPC by sampling in a learned latent space of controls. However, these methods ultimately perform all MPC parameter updates and warm-starting between time steps in the control space. This requires us to rely on a number of heuristics for generating samples and updating the distribution and may lead to sub-optimal performance. Instead, we propose to carry out all operations in the latent space, allowing us to take full advantage of the learned distribution. Specifically, we frame the learning problem as bi-level optimization and show how to train the controller with backpropagation-through-time. By using a normalizing flow parameterization of the distribution, we can leverage its tractable density to avoid requiring differentiability of the dynamics and cost function. Finally, we evaluate the proposed approach on simulated robotics tasks and demonstrate its ability to surpass the performance of prior methods and scale better with a reduced number of samples.

长endile操作涉及长时间的地平线淹没物体相互作用和与不同物体的物理接触，该物体可以固有地引入高度不确定性。在这项工作中，我们介绍了一种新的真实-IMAIM奖励分析技术，称为riemannian运动预测控制（RMPC），可靠地想象并预测对真正的机器人平台采取可能行动的结果。我们提出的Riemannian运动策略和二阶动态模型的拟议RMPC福利，以计算加速命令并在表面上的每个位置控制机器人。我们的方法创建了一个真实场景的3D对象级重新编译模型，在那里我们可以模拟不同轨迹的效果。我们生产闭环控制器，以在连续动作空间中的反应性推动物体。我们通过对真实机器人平台进行实验来评估我们的RMPC方法的表现，以及仿真和与几个基线进行比较。我们观察到RMPC在杂乱的情况下是强大的，也是遮挡的环境，并且胜过基线。

深度加强学习为雄心机器人提供了坚定的地形的强大运动政策。迄今为止，很少有研究已经利用基于模型的方法来将这些运动技能与机械手的精确控制相结合。在这里，我们将外部动态计划纳入了基于学习的移动操纵的机置策略。我们通过在模拟中应用机器人基础上的随机扳手序列来培训基础政策，并将有无令的扳手序列预测添加到政策观察。然后，该政策学会抵消部分已知的未来干扰。随机扳手序列被使用与模型预测控制的动态计划生成的扳手预测替换为启用部署。在训练期间，我们向机械手显示零拍摄适应。在硬件上，我们展示了带有外部扳手的腿机器人的稳定运动。

机器人的培训数据传输是一种在学习和基于视觉的机器人控制中的一点探索主题。因此，我们提出了一种具有较低自由度（DOF）动作的机器人的转移方法，其与利用全向相机的更高的DOF。机器人相机的虚拟旋转使得在该传输学习过程中能够进行数据增强。在这项研究中，使用由仅具有三个DOF的差分轮式地机器人收集的数据集进行6-DOF机器人的基于视觉控制策略。在机器人操纵中的应用，我们还使用具有不同视图的多个策略来展示6-DOF ARM机器人的控制系统，以实现对象达到任务。

通过稀疏奖励的环境中的深度加强学习学习机器人操纵是一项具有挑战性的任务。在本文中，我们通过引入虚构对象目标的概念来解决这个问题。对于给定的操纵任务，首先通过物理逼真的模拟训练感兴趣的对象以达到自己的目标位置，而不会被操纵。然后利用对象策略来构建可编征物体轨迹的预测模型，该轨迹提供具有逐步更加困难的对象目标的机器人来达到训练期间的课程。所提出的算法，遵循对象（FO），已经在需要增加探索程度的7个Mujoco环境中进行评估，并且与替代算法相比，取得了更高的成功率。在特别具有挑战性的学习场景中，例如当物体的初始和目标位置相隔甚远，我们的方法仍然可以学习政策，而竞争方法目前失败。

非结构化环境中的多步操纵任务对于学习的机器人来说非常具有挑战性。这些任务相互作用，包括可以获得的预期状态，可以实现整体任务和低级推理，以确定哪些行动将产生这些国家。我们提出了一种无模型的深度加强学习方法来学习多步理操作任务。我们介绍了一个基于视觉的模型架构的机器人操纵网络（ROMANNET），以了解动作值函数并预测操纵操作候选。我们定义基于Gaussian（TPG）奖励函数的任务进度，基于导致成功的动作原语的行动和实现整体任务目标的进展来计算奖励。为了平衡探索/剥削的比率，我们介绍了一个损失调整后的探索（LAE）政策，根据亏损估计的Boltzmann分配来确定来自行动候选人的行动。我们通过培训ROMANNET来展示我们方法的有效性，以了解模拟和现实世界中的几个挑战的多步机械管理任务。实验结果表明，我们的方法优于现有的方法，并在成功率和行动效率方面实现了最先进的性能。消融研究表明，TPG和LAE对多个块堆叠的任务特别有益。代码可用：https：//github.com/skumra/romannet

模型预测控制（MPC）方案已经证明了它们在控制高自由度（DOF）复杂机器人系统方面的效率。但是，它们的计算成本很高，更新速度约为数十万。这种相对较慢的更新速率阻碍了这种系统稳定的触觉远程操作的可能性，因为缓慢的反馈回路可能会导致对操作员的不稳定性和透明度的丧失。这项工作为MPC控制的复杂机器人系统的透明远程操作提供了一个新颖的框架。特别是，我们采用反馈MPC方法并利用其结构来以快速速率计算运营商输入，该快速速率与MPC循环本身的更新率无关。我们在移动操纵器平台上演示了我们的框架，并表明它可以显着提高触觉远程操作的透明度和稳定性。我们还强调，所提出的反馈结构是令人满意的，并且不违反最佳控制问题中定义的任何约束。据我们所知，这项工作是使用全身MPC框架的双边操纵器的双边远程操作的首次实现。

如果我们想在将它们部署在现实中之前在模拟中训练机器人，那么假定减少SIM2REAL差距的人似乎很自然，并且几乎是不言而喻的，涉及创建富裕性的模拟器（因为现实就是事实）。我们挑战了这一假设并提出了相反的假设-SIM2REAL转移机器人可以通过较低（不是更高）的保真度模拟来改善。我们使用3种不同的机器人（A1，Aliengo，Spot）对这一假设进行了系统的大规模评估 - 在现实世界中以及2个不同的模拟器（栖息地和Igibson）。我们的结果表明，与期望相反，增加忠诚无助于学习。由于模拟速度缓慢（防止大规模学习）和对模拟物理学不准确的过度拟合，因此性能较差。取而代之的是，使用现实世界数据构建机器人运动的简单模型可以改善学习和概括。