强大而广义的工具操作需要了解不同工具的属性和提供的功能。我们研究有关工具的语言信息（例如，其几何形状，常用用途）是否可以帮助控制策略更快地适应给定任务的新工具。我们获得了自然语言中各种工具的各种描述，并使用预训练的语言模型来生成其功能表示。然后，我们执行语言条件的元学习，以学习可以有效地适应新工具的政策。我们的结果表明，将语言信息和元学习结合起来可以显着加速工具在几个操纵任务中的学习，包括推动，举重，清扫和锤击。

Meta-reinforcement learning algorithms can enable robots to acquire new skills much more quickly, by leveraging prior experience to learn how to learn. However, much of the current research on meta-reinforcement learning focuses on task distributions that are very narrow. For example, a commonly used meta-reinforcement learning benchmark uses different running velocities for a simulated robot as different tasks. When policies are meta-trained on such narrow task distributions, they cannot possibly generalize to more quickly acquire entirely new tasks. Therefore, if the aim of these methods is enable faster acquisition of entirely new behaviors, we must evaluate them on task distributions that are sufficiently broad to enable generalization to new behaviors. In this paper, we propose an open-source simulated benchmark for meta-reinforcement learning and multitask learning consisting of 50 distinct robotic manipulation tasks. Our aim is to make it possible to develop algorithms that generalize to accelerate the acquisition of entirely new, held-out tasks. We evaluate 7 state-of-the-art meta-reinforcement learning and multi-task learning algorithms on these tasks. Surprisingly, while each task and its variations (e.g., with different object positions) can be learned with reasonable success, these algorithms struggle to learn with multiple tasks at the same time, even with as few as ten distinct training tasks. Our analysis and open-source environments pave the way for future research in multi-task learning and meta-learning that can enable meaningful generalization, thereby unlocking the full potential of these methods. 1

智能代理人应该有能力利用先前学习的任务中的知识，以便快速有效地学习新任务。元学习方法已成为实现这一目标的流行解决方案。然而，迄今为止，元强化学习（META-RL）算法仅限于具有狭窄任务分布的简单环境。此外，预处理的范式随后进行了微调以适应新任务，这是一种简单而有效的解决方案，这些解决方案是监督和自我监督的学习。这使质疑元学习方法的好处在加强学习中的好处，这通常是以高复杂性为代价的。因此，我们研究了包括Procgen，rlbench和Atari在内的各种基于视觉的基准测试中的元RL方法，在这些基准测试中，对完全新颖的任务进行了评估。我们的发现表明，当对不同任务（而不是相同任务的不同变化）评估元学习方法时，对新任务进行微调的多任务预处理也相同或更好，或者更好，比用meta进行元数据。测试时间适应。这对于将来的研究令人鼓舞，因为多任务预处理往往比Meta-RL更简单和计算更便宜。从这些发现中，我们主张评估未来的Meta-RL方法在更具挑战性的任务上，并包括以简单但强大的基线进行微调预处理。

实现人类水平的灵活性是机器人技术中的重要开放问题。但是，即使在婴儿级别，灵巧的手动操纵任务也是通过增强学习（RL）的挑战。困难在于高度的自由度和异质因素（例如手指关节）之间所需的合作。在这项研究中，我们提出了双人灵感手基准（BI-DEXHANDS），这是一种模拟器，涉及两只灵巧的手，其中包含数十只双人操纵任务和数千个目标对象。具体而言，根据认知科学文献，BI-DEXHANDS中的任务旨在匹配不同级别的人类运动技能。我们在ISSAC体育馆里建造了Bi-Dexhands；这可以实现高效的RL培训，仅在一个NVIDIA RTX 3090中达到30,000+ fps。我们在不同的设置下为流行的RL算法提供了全面的基准；这包括单代理/多代理RL，离线RL，多任务RL和META RL。我们的结果表明，PPO类型的上车算法可以掌握简单的操纵任务，该任务等效到48个月的人类婴儿（例如，捕获飞行的物体，打开瓶子），而多代理RL可以进一步帮助掌握掌握需要熟练的双人合作的操作（例如，举起锅，堆叠块）。尽管每个任务都取得了成功，但在获得多个操纵技能方面，现有的RL算法无法在大多数多任务和少量学习设置中工作，这需要从RL社区进行更实质性的发展。我们的项目通过https://github.com/pku-marl/dexteroushands开放。

元强化学习（RL）方法可以使用比标准RL少的数据级的元培训策略，但元培训本身既昂贵又耗时。如果我们可以在离线数据上进行元训练，那么我们可以重复使用相同的静态数据集，该数据集将一次标记为不同任务的奖励，以在元测试时间适应各种新任务的元训练策略。尽管此功能将使Meta-RL成为现实使用的实用工具，但离线META-RL提出了除在线META-RL或标准离线RL设置之外的其他挑战。 Meta-RL学习了一种探索策略，该策略收集了用于适应的数据，并元培训策略迅速适应了新任务的数据。由于该策略是在固定的离线数据集上进行了元训练的，因此当适应学识渊博的勘探策略收集的数据时，它可能表现得不可预测，这与离线数据有系统地不同，从而导致分布变化。我们提出了一种混合脱机元元素算法，该算法使用带有奖励的脱机数据来进行自适应策略，然后收集其他无监督的在线数据，而无需任何奖励标签来桥接这一分配变化。通过不需要在线收集的奖励标签，此数据可以便宜得多。我们将我们的方法比较了在模拟机器人的运动和操纵任务上进行离线元rl的先前工作，并发现使用其他无监督的在线数据收集可以显着提高元训练政策的自适应能力，从而匹配完全在线的表现。在一系列具有挑战性的域上，需要对新任务进行概括。

While reinforcement learning (RL) has become a more popular approach for robotics, designing sufficiently informative reward functions for complex tasks has proven to be extremely difficult due their inability to capture human intent and policy exploitation. Preference based RL algorithms seek to overcome these challenges by directly learning reward functions from human feedback. Unfortunately, prior work either requires an unreasonable number of queries implausible for any human to answer or overly restricts the class of reward functions to guarantee the elicitation of the most informative queries, resulting in models that are insufficiently expressive for realistic robotics tasks. Contrary to most works that focus on query selection to \emph{minimize} the amount of data required for learning reward functions, we take an opposite approach: \emph{expanding} the pool of available data by viewing human-in-the-loop RL through the more flexible lens of multi-task learning. Motivated by the success of meta-learning, we pre-train preference models on prior task data and quickly adapt them for new tasks using only a handful of queries. Empirically, we reduce the amount of online feedback needed to train manipulation policies in Meta-World by 20$\times$, and demonstrate the effectiveness of our method on a real Franka Panda Robot. Moreover, this reduction in query-complexity allows us to train robot policies from actual human users. Videos of our results and code can be found at https://sites.google.com/view/few-shot-preference-rl/home.

强化学习是机器人抓握的一种有前途的方法，因为它可以在困难的情况下学习有效的掌握和掌握政策。但是，由于问题的高维度，用精致的机器人手来实现类似人类的操纵能力是具有挑战性的。尽管可以采用奖励成型或专家示范等补救措施来克服这个问题，但它们通常导致过分简化和有偏见的政策。我们介绍了Dext-Gen，这是一种在稀疏奖励环境中灵巧抓握的强化学习框架，适用于各种抓手，并学习无偏见和复杂的政策。通过平滑方向表示实现了抓地力和物体的完全方向控制。我们的方法具有合理的培训时间，并提供了包括所需先验知识的选项。模拟实验证明了框架对不同方案的有效性和适应性。

最近，已证明模型的神经网络模型可以提高计算机视觉和增强学习任务的样本效率。本文在机器人策略学习的背景下探讨了这一想法，在这种情况下，必须完全在物理机器人系统上学习策略，而无需参考模型，模拟器或离线数据集。我们专注于模棱两可的SAC在机器人操作中的应用，并探索算法的许多变化。最终，我们证明了通过在不到一小时或两个小时的壁时钟时间内的机上体验完全学习几项非平凡操纵任务的能力。

强化学习（RL）算法有望为机器人系统实现自主技能获取。但是，实际上，现实世界中的机器人RL通常需要耗时的数据收集和频繁的人类干预来重置环境。此外，当部署超出知识的设置超出其学习的设置时，使用RL学到的机器人政策通常会失败。在这项工作中，我们研究了如何通过从先前看到的任务中收集的各种离线数据集的有效利用来应对这些挑战。当面对一项新任务时，我们的系统会适应以前学习的技能，以快速学习执行新任务并将环境返回到初始状态，从而有效地执行自己的环境重置。我们的经验结果表明，将先前的数据纳入机器人增强学习中可以实现自主学习，从而大大提高了学习的样本效率，并可以更好地概括。

有效的探索仍然是一个重要的挑战，这可以防止为许多物理系统部署加强学习。对于具有连续和高维状态和动作空间的系统尤其如此，例如机器人操纵器。挑战在稀疏奖励环境中强调，其中设计密集奖励设计所需的低级状态信息不可用。对手仿制学习（AIL）可以通过利用专家生成的最佳行为和基本上提供替代奖励信息的替代来部分克服这一屏障。不幸的是，专家示范的可用性并不一定能够改善代理商有效探索的能力，并且正如我们经常展现所在，可以导致效率低或停滞不前。我们从引导播放（LFGP）中展示了一个框架，其中我们利用了专家演示，除了主要任务，多个辅助任务。随后，使用修改的AIL过程来使用分层模型来学习每个任务奖励和策略，其中通过组合不同任务的调度程序强制对所有任务的探索。这提供了许多好处：具有挑战瓶颈转换的主要任务的学习效率得到改善，专家数据在任务之间可重复使用，并且通过重用学习辅助任务模型的传输学习成为可能。我们在一个具有挑战性的多任务机器人操纵域中的实验结果表明我们的方法有利地对监督模仿学习和最先进的AIL方法进行比较。代码可在https://github.com/utiasstars/lfgp获得。

人类通常通过将它们分解为更容易的子问题，然后结合子问题解决方案来解决复杂的问题。这种类型的组成推理允许在解决共享一部分基础构图结构的未来任务时重复使用子问题解决方案。在持续或终身的强化学习（RL）设置中，将知识分解为可重复使用的组件的能力将使代理通过利用积累的组成结构来快速学习新的RL任务。我们基于神经模块探索一种特定形式的组成形式，并提出了一组RL问题，可以直观地接受组成溶液。从经验上讲，我们证明了神经组成确实捕获了问题空间的基本结构。我们进一步提出了一种构图终身RL方法，该方法利用累积的神经成分来加速学习未来任务的学习，同时通过离线RL通过离线RL保留以前的RL，而不是重播经验。

我们开发了一种新的持续元学习方法，以解决连续多任务学习中的挑战。在此设置中，代理商的目标是快速通过任何任务序列实现高奖励。先前的Meta-Creenifiltive学习算法已经表现出有希望加速收购新任务的结果。但是，他们需要在培训期间访问所有任务。除了简单地将过去的经验转移到新任务，我们的目标是设计学习学习的持续加强学习算法，使用他们以前任务的经验更快地学习新任务。我们介绍了一种新的方法，连续的元策略搜索（Comps），通过以增量方式，在序列中的每个任务上，通过序列的每个任务来消除此限制，而无需重新访问先前的任务。 Comps持续重复两个子程序：使用RL学习新任务，并使用RL的经验完全离线Meta学习，为后续任务学习做好准备。我们发现，在若干挑战性连续控制任务的旧序列上，Comps优于持续的持续学习和非政策元增强方法。

为了解决复杂环境中的任务，机器人需要从经验中学习。深度强化学习是一种常见的机器人学习方法，但需要大量的反复试验才能学习，从而限制了其在物理世界中的部署。结果，机器人学习的许多进步都取决于模拟器。另一方面，模拟器内部的学习无法捕获现实世界的复杂性，很容易模拟器不准确，并且由此产生的行为并不适应世界上的变化。 Dreamer算法最近通过在学习的世界模型中进行计划，表现出巨大的希望，可以从少量互动中学习，从而超过了视频游戏中的纯强化学习。学习一个世界模型来预测潜在行动的结果，使计划可以在想象中进行计划，从而减少了真实环境中所需的反复试验量。但是，尚不清楚梦想家是否可以促进更快地学习物理机器人。在本文中，我们将Dreamer应用于4个机器人，以直接在网上学习，直接在现实世界中，而无需模拟器。 Dreamer训练一个四倍的机器人，从头开始，站起来，站起来，仅在1小时内就没有重置。然后，我们推动机器人，发现Dreamer在10分钟内适应以承受扰动或迅速翻身并站起来。在两个不同的机器人臂上，Dreamer学会了直接从相机图像和稀疏的奖励中挑选和放置多个物体，从而接近人类的性能。在轮式机器人上，Dreamer学会了纯粹从相机图像导航到目标位置，从而自动解决有关机器人方向的歧义。在所有实验中使用相同的超参数，我们发现Dreamer能够在现实世界中在线学习，建立强大的基线。我们释放我们的基础架构，用于世界模型在机器人学习中的未来应用。

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。

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。

我们提出了一种从演示方法（LFD）方法的新颖学习，即示范（DMFD）的可变形操作，以使用状态或图像作为输入（给定的专家演示）来求解可变形的操纵任务。我们的方法以三种不同的方式使用演示，并平衡在线探索环境和使用专家的指导之间进行权衡的权衡，以有效地探索高维空间。我们在一组一维绳索的一组代表性操纵任务上测试DMFD，并从软件套件中的一套二维布和2维布进行测试，每个任务都带有状态和图像观测。对于基于状态的任务，我们的方法超过基线性能高达12.9％，在基于图像的任务上最多超过33.44％，具有可比或更好的随机性。此外，我们创建了两个具有挑战性的环境，用于使用基于图像的观测值折叠2D布，并为其设定性能基准。与仿真相比，我们在现实世界执行过程中归一化性能损失最小的真实机器人（约为6％），我们将DMFD部署为最小。源代码在github.com/uscresl/dmfd上

随着我们日常环境中机器人的存在越来越多，提高社交技能至关重要。尽管如此，社会机器人技术仍然面临许多挑战。一种瓶颈是，由于社会规范的强烈取决于环境，因此需要经常适应机器人行为。例如，与办公室的工人相比，机器人应更仔细地在医院的患者周围进行仔细的导航。在这项工作中，我们将元强化学习（META-RL）作为潜在解决方案进行了研究。在这里，机器人行为是通过强化学习来学习的，需要选择奖励功能，以便机器人学习适合给定环境的行为。我们建议使用一种变异元过程，该过程迅速使机器人的行为适应新的奖励功能。结果，给定一个新的环境，可以快速评估不同的奖励功能，并选择适当的奖励功能。该过程学习奖励函数的矢量表示和可以在这种表示形式下进行条件的元政策。从新的奖励函数中进行观察，该过程确定了其表示形式，并条件元元素对其进行了条件。在研究程序的功能时，我们意识到它遭受了后塌陷的困扰，在表示表示中只有一个尺寸的子集编码有用的信息，从而导致性能降低。我们的第二个贡献是径向基函数（RBF）层，部分减轻了这种负面影响。 RBF层将表示形式提升到较高的维空间，这对于元容器更容易利用。我们证明了RBF层的兴趣以及在四个机器人模拟任务上对社会机器人技术的使用元素使用。

稀疏奖励学习通常在加强学习（RL）方面效率低下。 Hindsight Experience重播（她）已显示出一种有效的解决方案，可以处理低样本效率，这是由于目标重新标记而导致的稀疏奖励效率。但是，她仍然有一个隐含的虚拟阳性稀疏奖励问题，这是由于实现目标而引起的，尤其是对于机器人操纵任务而言。为了解决这个问题，我们提出了一种新型的无模型连续RL算法，称为Relay-HER（RHER）。提出的方法首先分解并重新布置原始的长马任务，以增量复杂性为新的子任务。随后，多任务网络旨在以复杂性的上升顺序学习子任务。为了解决虚拟阳性的稀疏奖励问题，我们提出了一种随机混合的探索策略（RME），在该策略中，在复杂性较低的人的指导下，较高复杂性的子任务的实现目标很快就会改变。实验结果表明，在五个典型的机器人操纵任务中，与香草盖相比，RHER样品效率的显着提高，包括Push，Pickandplace，抽屉，插入物和InstaclePush。提出的RHER方法还应用于从头开始的物理机器人上的接触式推送任务，成功率仅使用250集达到10/10。

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

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