机器人外科助理（RSAs）通常用于通过专家外科医生进行微创手术。然而，长期以来充满了乏味和重复的任务，如缝合可以导致外科医生疲劳，激励缝合的自动化。随着薄反射针的视觉跟踪极具挑战性，在未反射对比涂料的情况下修改了针。作为朝向无修改针的缝合子任务自动化的步骤，我们提出了休斯顿：切换未经修改，外科手术，工具障碍针，一个问题和算法，它使用学习的主动传感策略与立体声相机本地化并对齐针头进入另一臂的可见和可访问的姿势。为了补偿机器人定位和针头感知误差，然后算法执行使用多个摄像机的高精度抓握运动。在使用Da Vinci研究套件（DVRK）的物理实验中，休斯顿成功通过了96.7％的成功率，并且能够在故障前平均地在臂32.4倍之间顺序地执行切换。在培训中看不见的针头，休斯顿实现了75-92.9％的成功率。据我们所知，这项工作是第一个研究未修改的手术针的切换。查看https://tinyurl.com/huston-surgery用于额外的材料。
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Vascular shunt insertion is a fundamental surgical procedure used to temporarily restore blood flow to tissues. It is often performed in the field after major trauma. We formulate a problem of automated vascular shunt insertion and propose a pipeline to perform Automated Vascular Shunt Insertion (AVSI) using a da Vinci Research Kit. The pipeline uses a learned visual model to estimate the locus of the vessel rim, plans a grasp on the rim, and moves to grasp at that point. The first robot gripper then pulls the rim to stretch open the vessel with a dilation motion. The second robot gripper then proceeds to insert a shunt into the vessel phantom (a model of the blood vessel) with a chamfer tilt followed by a screw motion. Results suggest that AVSI achieves a high success rate even with tight tolerances and varying vessel orientations up to 30{\deg}. Supplementary material, dataset, videos, and visualizations can be found at https://sites.google.com/berkeley.edu/autolab-avsi.
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电缆在许多环境中无处不在，但容易出现自我闭合和结，使它们难以感知和操纵。挑战通常会随着电缆长度而增加：长电缆需要更复杂的松弛管理和策略，以促进可观察性和可及性。在本文中，我们专注于使用双边机器人自动弄清长达3米的电缆。我们开发了新的运动原语，以有效地解开长电缆和专门用于此任务的新型Gripper Jaws。我们提出了缠结操作（SGTM）的滑动和抓握，该算法将这些原始物与RGBD视觉构成迭代性毫无障碍。SGTM在隔离的外手上取消了67％的成功率，图8节和更复杂的配置上的50％。可以在https://sites.google.com/view/rss-2022-untangling/home上找到补充材料，可视化和视频。
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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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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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2022-05-09
我们探索一种新的方法来感知和操纵3D铰接式物体，该物体可以概括地使机器人阐明看不见的对象。我们提出了一个基于视觉的系统，该系统学会预测各种铰接物体的各个部分的潜在运动，以指导系统的下游运动计划以表达对象。为了预测对象运动，我们训练一个神经网络，以输出一个密集的向量场，代表点云中点云中点的点运动方向。然后，我们根据该向量领域部署一个分析运动计划者，以实现产生最大发音的政策。我们完全在模拟中训练视觉系统，并演示了系统在模拟和现实世界中概括的对象实例和新颖类别的能力，并将我们的政策部署在没有任何填充的锯耶机器人上。结果表明，我们的系统在模拟和现实世界实验中都达到了最先进的性能。
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在现实世界中，教授多指的灵巧机器人在现实世界中掌握物体，这是一个充满挑战的问题，由于其高维状态和动作空间。我们提出了一个机器人学习系统，该系统可以进行少量的人类示范，并学会掌握在某些被遮挡的观察结果的情况下掌握看不见的物体姿势。我们的系统利用了一个小型运动捕获数据集，并为多指的机器人抓手生成具有多种多样且成功的轨迹的大型数据集。通过添加域随机化，我们表明我们的数据集提供了可以将其转移到策略学习者的强大抓地力轨迹。我们训练一种灵活的抓紧策略，该策略将对象的点云作为输入，并预测连续的动作以从不同初始机器人状态掌握对象。我们在模拟中评估了系统对22多伏的浮动手的有效性，并在现实世界中带有kuka手臂的23多杆Allegro机器人手。从我们的数据集中汲取的政策可以很好地概括在模拟和现实世界中的看不见的对象姿势
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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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折叠服装可靠，有效地是由于服装的复杂动力学和高尺寸配置空间，在机器人操作中是一项漫长的挑战。一种直观的方法是最初在折叠之前将服装操纵到典型的平滑配置。在这项工作中，我们开发了一种可靠且高效的双人系统，将用户定义的指令视为折叠线，将最初弄皱的服装操纵为（1）平滑和（2）折叠配置。我们的主要贡献是一种新型的神经网络体系结构，能够预测成对的握把姿势，以参数化各种双人动作原始序列。在从4300次人类注销和自我监督的动作中学习后，机器人能够平均从120年代以下的随机初始配置折叠服装，成功率为93％。现实世界实验表明，该系统能够概括到不同颜色，形状和刚度的服装。虽然先前的工作每小时达到3-6倍（FPH），但SpeedFolding却达到30-40 FPH。
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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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在机器人操作中，以前未见的新物体的自主抓住是一个持续的挑战。在过去的几十年中，已经提出了许多方法来解决特定机器人手的问题。最近引入的Unigrasp框架具有推广到不同类型的机器人抓手的能力。但是，此方法不适用于具有闭环约束的抓手，并且当应用于具有MultiGRASP配置的机器人手时，具有数据范围。在本文中，我们提出了有效绘制的，这是一种独立于抓手模型规范的广义掌握合成和抓地力控制方法。有效绘制利用抓地力工作空间功能，而不是Unigrasp的抓属属性输入。这在训练过程中将记忆使用量减少了81.7％，并可以推广到更多类型的抓地力，例如具有闭环约束的抓手。通过在仿真和现实世界中进行对象抓住实验来评估有效绘制的有效性；结果表明，所提出的方法在仅考虑没有闭环约束的抓手时也胜过Unigrasp。在这些情况下，有效抓取在产生接触点的精度高9.85％，模拟中的握把成功率提高了3.10％。现实世界实验是用带有闭环约束的抓地力进行的，而Unigrasp无法处理，而有效绘制的成功率达到了83.3％。分析了该方法的抓地力故障的主要原因，突出了增强掌握性能的方法。
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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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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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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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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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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％）。
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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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我们介绍了一个机器人组装系统，该系统简化了从产品组件的CAD模型到完整编程和自适应组装过程的设计对制造工作流程。我们的系统（在CAD工具中）捕获了特定机器人工作电脑组装过程的意图，并生成了任务级指令的配方。通过将视觉传感与深度学习的感知模型相结合，机器人推断出从生成的配方中组装设计的必要动作。感知模型是直接从模拟训练的，从而使系统可以根据CAD信息识别各个部分。我们用两个机器人的工作栏演示了系统，以组装互锁的3D零件设计。我们首先在模拟中构建和调整组装过程，并验证生成的食谱。最后，真正的机器人工作电池使用相同的行为组装了设计。
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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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机器人操纵可以配制成诱导一系列空间位移：其中移动的空间可以包括物体，物体的一部分或末端执行器。在这项工作中，我们提出了一个简单的模型架构，它重新排列了深度功能，以从视觉输入推断出可视输入的空间位移 - 这可以参数化机器人操作。它没有对象的假设（例如规范姿势，模型或关键点），它利用空间对称性，并且比我们学习基于视觉的操纵任务的基准替代方案更高的样本效率，并且依赖于堆叠的金字塔用看不见的物体组装套件;从操纵可变形的绳索，以将堆积的小物体推动，具有闭环反馈。我们的方法可以表示复杂的多模态策略分布，并推广到多步顺序任务，以及6dof拾取器。 10个模拟任务的实验表明，它比各种端到端基线更快地学习并概括，包括使用地面真实对象姿势的政策。我们在现实世界中使用硬件验证我们的方法。实验视频和代码可在https://transporternets.github.io获得
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