我们研究了如何将高分辨率触觉传感器与视觉和深度传感结合使用，以改善掌握稳定性预测。在模拟高分辨率触觉传感的最新进展，尤其是触觉模拟器，使我们能够评估如何结合感应方式训练神经网络。借助训练大型神经网络所需的大量数据，机器人模拟器提供了一种快速自动化数据收集过程的方法。我们通过消融研究扩展现有工作，并增加了从YCB基准组中获取的一组对象。我们的结果表明，尽管视觉，深度和触觉感测的组合为已知对象提供了最佳预测结果，但该网络未能推广到未知对象。我们的工作还解决了触觉模拟中机器人抓握的现有问题以及如何克服它们。
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机器人仿真一直是数据驱动的操作任务的重要工具。但是，大多数现有的仿真框架都缺乏与触觉传感器的物理相互作用的高效和准确模型，也没有逼真的触觉模拟。这使得基于触觉的操纵任务的SIM转交付仍然具有挑战性。在这项工作中，我们通过建模接触物理学来整合机器人动力学和基于视觉的触觉传感器的模拟。该触点模型使用机器人最终效应器上的模拟接触力来告知逼真的触觉输出。为了消除SIM到真实传输差距，我们使用现实世界数据校准了机器人动力学，接触模型和触觉光学模拟器的物理模拟器，然后我们在零摄像机上演示了系统的有效性 - 真实掌握稳定性预测任务，在各种对象上，我们达到平均准确性为90.7％。实验揭示了将我们的模拟框架应用于更复杂的操纵任务的潜力。我们在https://github.com/cmurobotouch/taxim/tree/taxim-robot上开放仿真框架。
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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
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当人类掌握现实世界中的物体时，我们经常移动手臂将物体固定在可以使用它的不同姿势中。相比之下，典型的实验室设置仅研究举起后立即研究抓握的稳定性，而没有任何随后的臂重置。但是，由于重力扭矩和握力接触力可能会完全改变，因此抓紧稳定性可能会根据物体的固定姿势而差异很大。为了促进对持有姿势如何影响掌握稳定性的研究，我们提出了Poseit，这是一种新型的多模式数据集，其中包含从抓住对象的完整周期收集的视觉和触觉数据，将手臂重新放置到其中一个采样姿势，并将其重新放置到其中一个采样的姿势中，并摇动物体。使用Poseit的数据，我们可以制定和应对预测特定固定姿势是否稳定的抓握对象的任务。我们培训一个LSTM分类器，该分类器在拟议的任务上达到85％的准确性。我们的实验结果表明，接受Poseit训练的多模式模型比使用唯一视觉或触觉数据具有更高的精度，并且我们的分类器也可以推广到看不见的对象和姿势。
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We describe a learning-based approach to handeye coordination for robotic grasping from monocular images. To learn hand-eye coordination for grasping, we trained a large convolutional neural network to predict the probability that task-space motion of the gripper will result in successful grasps, using only monocular camera images and independently of camera calibration or the current robot pose. This requires the network to observe the spatial relationship between the gripper and objects in the scene, thus learning hand-eye coordination. We then use this network to servo the gripper in real time to achieve successful grasps. To train our network, we collected over 800,000 grasp attempts over the course of two months, using between 6 and 14 robotic manipulators at any given time, with differences in camera placement and hardware. Our experimental evaluation demonstrates that our method achieves effective real-time control, can successfully grasp novel objects, and corrects mistakes by continuous servoing.
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布料的机器人操作的应用包括织物制造业到处理毯子和洗衣。布料操作对于机器人而言是挑战，这主要是由于它们的高度自由度，复杂的动力学和折叠或皱巴巴配置时的严重自我闭合。机器人操作的先前工作主要依赖于视觉传感器，这可能会对细粒度的操纵任务构成挑战，例如从一堆布上抓住所需数量的布料层。在本文中，我们建议将触觉传感用于布操作；我们将触觉传感器（Resin）连接到弗兰卡机器人的两个指尖之一，并训练分类器，以确定机器人是否正在抓住特定数量的布料层。在测试时间实验中，机器人使用此分类器作为其政策的一部分，使用触觉反馈来掌握一两个布层，以确定合适的握把。实验结果超过180次物理试验表明，与使用图像分类器的方法相比，所提出的方法优于不使用触觉反馈并具有更好地看不见布的基准。代码，数据和视频可在https://sites.google.com/view/reskin-cloth上找到。
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触摸感在使人类能够理解和与周围环境互动方面发挥着关键作用。对于机器人，触觉感应也是不可替代的。在与物体交互时，触觉传感器为机器人提供了理解物体的有用信息，例如分布式压力，温度，振动和纹理。在机器人抓住期间，视力通常由其最终效应器封闭，而触觉感应可以测量视觉无法访问的区域。在过去的几十年中，已经为机器人开发了许多触觉传感器，并用于不同的机器人任务。在本章中，我们专注于使用触觉对机器人抓握的触觉，并研究近期对物质性质的触觉趋势。我们首先讨论了术语，即形状，姿势和材料特性对三个重要的物体特性的触觉感知。然后，我们通过触觉感应审查抓握稳定性预测的最新发展。在这些作品中，我们确定了在机器人抓握中协调视觉和触觉感应的要求。为了证明使用触觉传感来提高视觉感知，介绍了我们最近的抗议重建触觉触觉感知的发展。在所提出的框架中，首先利用相机视觉的大型接收领域以便快速搜索含有裂缝的候选区域，然后使用高分辨率光学触觉传感器来检查这些候选区域并重建精制的裂缝形状。实验表明，我们所提出的方法可以实现0.82mm至0.24mm的平均距离误差的显着降低，以便重建。最后，我们在讨论了对机器人任务中施加触觉感应的公开问题和未来方向的讨论。
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软机器人抓手有助于富含接触的操作，包括对各种物体的强大抓握。然而，软抓手的有益依从性也会导致重大变形，从而使精确的操纵具有挑战性。我们提出视觉压力估计与控制（VPEC），这种方法可以使用外部摄像头的RGB图像施加的软握力施加的压力。当气动抓地力和肌腱握力与平坦的表面接触时，我们为视觉压力推断提供了结果。我们还表明，VPEC可以通过对推断压力图像的闭环控制进行精确操作。在我们的评估中，移动操纵器（来自Hello Robot的拉伸RE1）使用Visual Servoing在所需的压力下进行接触；遵循空间压力轨迹；并掌握小型低调的物体，包括microSD卡，一分钱和药丸。总体而言，我们的结果表明，对施加压力的视觉估计可以使软抓手能够执行精确操作。
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人类的物体感知能力令人印象深刻，当试图开发具有类似机器人的解决方案时，这变得更加明显。从人类如何将视觉和触觉用于对象感知和相关任务的灵感中，本文总结了机器人应用的多模式对象感知的当前状态。它涵盖了生物学灵感，传感器技术，数据集以及用于对象识别和掌握的感觉数据处理的各个方面。首先，概述了多模式对象感知的生物学基础。然后讨论了传感技术和数据收集策略。接下来，介绍了主要计算方面的介绍，突出显示了每个主要应用领域的一些代表性文章，包括对象识别，传输学习以及对象操纵和掌握。最后，在每个领域的当前进步中，本文概述了有希望的新研究指示。
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As the basis for prehensile manipulation, it is vital to enable robots to grasp as robustly as humans. In daily manipulation, our grasping system is prompt, accurate, flexible and continuous across spatial and temporal domains. Few existing methods cover all these properties for robot grasping. In this paper, we propose a new methodology for grasp perception to enable robots these abilities. Specifically, we develop a dense supervision strategy with real perception and analytic labels in the spatial-temporal domain. Additional awareness of objects' center-of-mass is incorporated into the learning process to help improve grasping stability. Utilization of grasp correspondence across observations enables dynamic grasp tracking. Our model, AnyGrasp, can generate accurate, full-DoF, dense and temporally-smooth grasp poses efficiently, and works robustly against large depth sensing noise. Embedded with AnyGrasp, we achieve a 93.3% success rate when clearing bins with over 300 unseen objects, which is comparable with human subjects under controlled conditions. Over 900 MPPH is reported on a single-arm system. For dynamic grasping, we demonstrate catching swimming robot fish in the water.
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本文介绍了DGBench，这是一种完全可重现的开源测试系统，可在机器人和对象之间具有不可预测的相对运动的环境中对动态抓握进行基准测试。我们使用拟议的基准比较几种视觉感知布置。由于传感器的最小范围，遮挡和有限的视野，用于静态抓握的传统感知系统无法在掌握的最后阶段提供反馈。提出了一个多摄像机的眼睛感知系统，该系统具有比常用的相机配置具有优势。我们用基于图像的视觉宣传控制器进行定量评估真实机器人的性能，并在动态掌握任务上显示出明显提高的成功率。
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人类和许多动物都表现出稳健的能力来操纵不同的物体，通常与他们的身体直接和有时与工具间接地进行操作。这种灵活性可能是由物理处理的基本一致性，例如接触和力闭合。通过将工具视为我们的机构的扩展来启发，我们提出了工具 - 作为实施例（TAE），用于处理同一表示空间中的手动对象和工具对象交互的基于工具的操作策略的参数化。结果是单一策略，可以在机器人上递归地应用于使用结束效果来操纵对象，并使用对象作为工具，即新的最终效果，以操纵其他对象。通过对不同实施例的共享经验进行掌握或推动，我们的政策表现出比训练单独的政策更高的性能。我们的框架可以利用将对启用工具的实施例的不同分辨率的所有经验用于每个操纵技能的单个通用策略。 https://sites.google.com/view/recursivemanipulation的视频
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对于机器人来说，拾取透明的对象仍然是一项具有挑战性的任务。透明对象（例如反射和折射）的视觉属性使依赖相机传感的当前抓握方法无法检测和本地化。但是，人类可以通过首先观察其粗剖面，然后戳其感兴趣的区域以获得良好的抓握轮廓来很好地处理透明的物体。受到这一点的启发，我们提出了一个新颖的视觉引导触觉框架，以抓住透明的物体。在拟议的框架中，首先使用分割网络来预测称为戳戳区域的水平上部区域，在该区域中，机器人可以在该区域戳入对象以获得良好的触觉读数，同时导致对物体状态的最小干扰。然后，使用高分辨率胶触觉传感器进行戳戳。鉴于触觉阅读有所改善的当地概况，计划掌握透明物体的启发式掌握。为了减轻对透明对象的现实世界数据收集和标记的局限性，构建了一个大规模逼真的合成数据集。广泛的实验表明，我们提出的分割网络可以预测潜在的戳戳区域，平均平均精度（地图）为0.360，而视觉引导的触觉戳戳可以显着提高抓地力成功率，从38.9％到85.2％。由于其简单性，我们提出的方法也可以被其他力量或触觉传感器采用，并可以用于掌握其他具有挑战性的物体。本文中使用的所有材料均可在https://sites.google.com/view/tactilepoking上获得。
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如今，机器人在我们的日常生活中起着越来越重要的作用。在以人为本的环境中，机器人经常会遇到成堆的对象，包装的项目或孤立的对象。因此，机器人必须能够在各种情况下掌握和操纵不同的物体，以帮助人类进行日常任务。在本文中，我们提出了一种多视图深度学习方法，以处理以人为中心的域中抓住强大的对象。特别是，我们的方法将任意对象的点云作为输入，然后生成给定对象的拼字图。获得的视图最终用于估计每个对象的像素抓握合成。我们使用小对象抓住数据集训练模型端到端，并在模拟和现实世界数据上对其进行测试，而无需进行任何进一步的微调。为了评估所提出方法的性能，我们在三种情况下进行了广泛的实验集，包括孤立的对象，包装的项目和一堆对象。实验结果表明，我们的方法在所有仿真和现实机器人方案中都表现出色，并且能够在各种场景配置中实现新颖对象的可靠闭环抓握。
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Cloth in the real world is often crumpled, self-occluded, or folded in on itself such that key regions, such as corners, are not directly graspable, making manipulation difficult. We propose a system that leverages visual and tactile perception to unfold the cloth via grasping and sliding on edges. By doing so, the robot is able to grasp two adjacent corners, enabling subsequent manipulation tasks like folding or hanging. As components of this system, we develop tactile perception networks that classify whether an edge is grasped and estimate the pose of the edge. We use the edge classification network to supervise a visuotactile edge grasp affordance network that can grasp edges with a 90% success rate. Once an edge is grasped, we demonstrate that the robot can slide along the cloth to the adjacent corner using tactile pose estimation/control in real time. See http://nehasunil.com/visuotactile/visuotactile.html for videos.
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人类手可以通过仅基于触觉感测的堆掌握一下目标数量的物体。为此，机器人需要在堆中掌握，从提升之前感测掌握中的物体的数量，并预测升降后将保持掌握的物体数量。这是一个具有挑战性的问题，因为在进行预测时，机器人手仍然在桩中，并且抓握中的物体对视觉系统不观察到。此外，在从堆中抬起之前手掌抓住的一些物体可能会在手中抬起时掉落。出现这种情况，因为它们被堆中的其他物体支持而不是手指。因此，机器人手应该在提升之前使用其触觉传感器来感测掌握的物体的数量。本文介绍了用于解决此问题的新型多目标抓取分析方法。它们包括掌握体积计算，触觉力分析和数据驱动的深度学习方法。该方法已经在Barrett手上实施，然后在模拟中评估和具有机器人系统的真实设置。评估结果得出结论，一旦BarretT手掌掌握了多个物体，数据驱动的模型可以在提升之前预测，在提升之后将保留在手中的物体的数量。用于我们方法的根均方误差为30.74，用于模拟的立方体和0.58个，球的距离，1.06个球体，对于真实系统的立方体，1.45。
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我们提出了GRASP提案网络（GP-NET），这是一种卷积神经网络模型，可以为移动操纵器生成6-DOF GRASP。为了训练GP-NET，我们合成生成一个包含深度图像和地面真相掌握信息的数据集，以供超过1400个对象。在现实世界实验中，我们使用egad！掌握基准测试，以评估两种常用算法的GP-NET，即体积抓地力网络（VGN）和在PAL TIAGO移动操纵器上进行的GRASP抓取网络（VGN）和GRASP姿势检测包（GPD）。GP-NET的掌握率为82.2％，而VGN为57.8％，GPD的成功率为63.3％。与机器人握把中最新的方法相反，GP-NET可以在不限制工作空间的情况下使用移动操纵器抓住对象，用于抓住对象，需要桌子进行分割或需要高端GPU。为了鼓励使用GP-NET，我们在https://aucoroboticsmu.github.io/gp-net/上提供ROS包以及我们的代码和预培训模型。
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高分辨率表示对于基于视觉的机器人抓问题很重要。现有作品通常通过子网络将输入图像编码为低分辨率表示形式，然后恢复高分辨率表示。这将丢失空间信息，当考虑多种类型的对象或远离摄像机时，解码器引入的错误将更加严重。为了解决这些问题，我们重新审视了CNN的设计范式，以实现机器人感知任务。我们证明，与串行堆叠的卷积层相反，使用平行分支将是机器人视觉抓握任务的更强大设计。特别是，为机器人感知任务（例如，高分辨率代表和轻量级设计）提供了神经网络设计的准则，这些指南应对不同操纵场景中的挑战做出回应。然后，我们开发了一种新颖的抓地视觉体系结构，称为HRG-NET，这是一种平行分支结构，始终保持高分辨率表示形式，并反复在分辨率上交换信息。广泛的实验验证了这两种设计可以有效地提高基于视觉的握把和加速网络训练的准确性。我们在YouTube上的真实物理环境中显示了一系列比较实验：https：//youtu.be/jhlsp-xzhfy。
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通过触觉反馈感知物体滑移的能力使人类能够完成复杂的操纵任务，包括保持稳定的掌握。尽管触觉信息用于许多应用程序，但触觉传感器尚未在工业机器人设置中广泛部署。挑战的一部分在于从触觉数据流中识别滑移和其他事件。在本文中，我们提出了一种基于学习的方法，可以使用气压触觉传感器检测滑移。这些传感器具有许多理想的属性，包括高耐用性和可靠性，并且由廉价的现成组件构建。我们训练一个时间卷积神经网络来检测滑动，达到高检测精度，同时表现出稳健性，以对滑动运动的速度和方向。此外，我们在涉及各种常见对象的两项操纵任务上测试了探测器，并证明了对训练期间看不到的现实情况的成功概括。我们认为，气压触觉传感技术与数据驱动的学习相结合，适用于许多操纵任务，例如滑移补偿。
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在本文中，我们提出了TAC2POSE，这是一种特定于对象的触觉方法，从首次触摸已知对象的触觉估计。鉴于对象几何形状，我们在模拟中学习了一个量身定制的感知模型，该模型估计了给定触觉观察的可能对象姿势的概率分布。为此，我们模拟了一个密集的物体姿势将在传感器上产生的密集对象姿势的接触形状。然后，鉴于从传感器获得的新接触形状，我们使用使用对比度学习学习的对象特定于对象的嵌入式将其与预计集合进行了匹配。我们从传感器中获得接触形状，并具有对象不足的校准步骤，该步骤将RGB触觉观测值映射到二进制接触形状。该映射可以在对象和传感器实例上重复使用，是唯一接受真实传感器数据训练的步骤。这导致了一种感知模型，该模型从第一个真实的触觉观察中定位对象。重要的是，它产生姿势分布，并可以纳入来自其他感知系统，联系人或先验的其他姿势限制。我们为20个对象提供定量结果。 TAC2POSE从独特的触觉观测中提供了高精度的姿势估计，同时回归有意义的姿势分布，以说明可能由不同对象姿势产生的接触形状。我们还测试了从3D扫描仪重建的对象模型上的TAC2POSE，以评估对象模型中不确定性的鲁棒性。最后，我们证明了TAC2POSE的优势与三种基线方法进行触觉姿势估计：直接使用神经网络回归对象姿势，将观察到的接触与使用标准分类神经网络的一组可能的接触匹配，并直接的像素比较比较观察到的一组可能的接触接触。网站：http：//mcube.mit.edu/research/tac2pose.html
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