2021-12-09
我们呈现神经描述符字段（NDFS），对象表示，其通过类别级别描述符在对象和目标（例如用于悬挂的机器人夹具或用于悬挂的机架）之间进行编码和相对姿势。我们使用此表示进行对象操作，在这里，在给定任务演示时，我们要在同一类别中对新对象实例重复相同的任务。我们建议通过搜索（通过优化）来实现这一目标，为演示中观察到的描述符匹配的姿势。 NDFS通过不依赖于专家标记的关键点的3D自动编码任务，方便地以自我监督的方式培训。此外，NDFS是SE（3） - 保证在所有可能的3D对象翻译和旋转中推广的性能。我们展示了在仿真和真正的机器人上的少数（5-10）示范中的操纵任务的学习。我们的性能遍历两个对象实例和6-DOF对象姿势，并且显着优于最近依赖于2D描述符的基线。项目网站：https://yilundu.github.io/ndf/。
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机器人可以通过仅仅在单个对象实例上抓住姿势的证明，以任意姿势操纵类别内看不见的对象？在本文中，我们尝试通过使用Useek（一种无监督的SE（3） - 等级关键点方法来应对这一有趣的挑战，该方法在类别中享受整个实例的对齐方式，以执行可推广的操作。 USEEK遵循教师学生的结构，将无监督的关键点发现和SE（3） - 等级关键点检测解除。使用Useek，机器人可以以有效且可解释的方式推断与任务相关的对象框架，从而使任何类别内对象都从任何姿势中操纵。通过广泛的实验，我们证明了Useek产生的关键点具有丰富的语义，因此成功地将功能知识从演示对象转移到了新颖的对象。与其他进行操作的对象表示相比，面对大类别内形状差异，更健壮的演示率更有限，并且在推理时间更有效。
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我们引入了来自多个机器人手的对象的神经隐式表示。多个机器人手之间的不同抓地力被编码为共享的潜在空间。学会了每个潜在矢量以两个3D形状的签名距离函数来解码对象的3D形状和机器人手的3D形状。此外，学会了潜在空间中的距离度量，以保留不同机器人手之间的graSps之间的相似性，其中根据机器人手的接触区域定义了grasps的相似性。该属性使我们能够在包括人手在内的不同抓地力之间转移抓地力，并且GRASP转移有可能在机器人之间分享抓地力，并使机器人能够从人类那里学习掌握技能。此外，我们隐式表示中对象和grasps的编码符号距离函数可用于6D对象姿势估计，并从部分点云中掌握触点优化，这可以在现实世界中启用机器人抓握。
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本文介绍了一种从原始RGB-D视频进行任务演示的视频中学习类别级别的新技术，没有手动标签或注释。类别级的学习旨在获取可以推广到新对象的技能，其几何形状和纹理与演示中使用的对象不同。我们通过首先将抓地力和操作视为工具使用的特殊情况，解决此问题，其中工具对象被移至目标对象的参考框架中定义的一系列键置。使用动态图卷积神经网络预测工具和目标对象以及其钥匙置，该网络将整个场景的自动分割深度和颜色图像作为输入。具有真实机器人手臂的对象操纵任务上的经验结果表明，所提出的网络可以有效地从真实的视觉演示中学习，以在同一类别内的新颖对象上执行任务，并且优于替代方法。
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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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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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We formulate grasp learning as a neural field and present Neural Grasp Distance Fields (NGDF). Here, the input is a 6D pose of a robot end effector and output is a distance to a continuous manifold of valid grasps for an object. In contrast to current approaches that predict a set of discrete candidate grasps, the distance-based NGDF representation is easily interpreted as a cost, and minimizing this cost produces a successful grasp pose. This grasp distance cost can be incorporated directly into a trajectory optimizer for joint optimization with other costs such as trajectory smoothness and collision avoidance. During optimization, as the various costs are balanced and minimized, the grasp target is allowed to smoothly vary, as the learned grasp field is continuous. In simulation benchmarks with a Franka arm, we find that joint grasping and planning with NGDF outperforms baselines by 63% execution success while generalizing to unseen query poses and unseen object shapes. Project page: https://sites.google.com/view/neural-grasp-distance-fields.
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机器人操纵计划是找到一系列机器人配置的问题，该配置涉及与场景中的对象的交互，例如掌握，放置，工具使用等来实现这种相互作用，传统方法需要手工设计的特征和对象表示，它仍然是如何以灵活有效的方式描述与任意对象的这种交互的开放问题。例如，通过3D建模的最新进步启发，例如，NERF，我们提出了一种方法来表示对象作为神经隐式功能，我们可以在其中定义和共同列车交互约束函数。所提出的像素对准表示直接从具有已知相机几何形状的相机图像推断出，当时在整个操纵管道中作为感知组件，同时能够实现连续的机器人操纵计划。
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掌握姿势估计是机器人与现实世界互动的重要问题。但是，大多数现有方法需要事先可用的精确3D对象模型或大量的培训注释。为了避免这些问题，我们提出了transrasp，一种类别级别的rasp姿势估计方法，该方法通过仅标记一个对象实例来预测一类对象的掌握姿势。具体而言，我们根据其形状对应关系进行掌握姿势转移，并提出一个掌握姿势细化模块，以进一步微调抓地力姿势，以确保成功的掌握。实验证明了我们方法对通过转移的抓握姿势实现高质量抓地力的有效性。我们的代码可在https://github.com/yanjh97/transgrasp上找到。
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Humans form mental images of 3D scenes to support counterfactual imagination, planning, and motor control. Our abilities to predict the appearance and affordance of the scene from previously unobserved viewpoints aid us in performing manipulation tasks (e.g., 6-DoF kitting) with a level of ease that is currently out of reach for existing robot learning frameworks. In this work, we aim to build artificial systems that can analogously plan actions on top of imagined images. To this end, we introduce Mental Imagery for Robotic Affordances (MIRA), an action reasoning framework that optimizes actions with novel-view synthesis and affordance prediction in the loop. Given a set of 2D RGB images, MIRA builds a consistent 3D scene representation, through which we synthesize novel orthographic views amenable to pixel-wise affordances prediction for action optimization. We illustrate how this optimization process enables us to generalize to unseen out-of-plane rotations for 6-DoF robotic manipulation tasks given a limited number of demonstrations, paving the way toward machines that autonomously learn to understand the world around them for planning actions.
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通信搜索是刚性点云注册算法中的重要步骤。大多数方法在每个步骤都保持单个对应关系，并逐渐删除错误的通信。但是，建立一对一的对应关系非常困难，尤其是当将两个点云与许多本地功能匹配时。本文提出了一种优化方法，该方法在将部分点云与完整点云匹配时保留每个关键点的所有可能对应关系。然后，通过考虑匹配成本，这些不确定的对应关系通过估计的刚性转换逐渐更新。此外，我们提出了一个新的点功能描述符，该描述符衡量本地点云区域之间的相似性。广泛的实验表明，即使在同一类别中与不同对象匹配时，我们的方法也优于最先进的方法（SOTA）方法。值得注意的是，我们的方法在将真实世界的噪声深度图像注册为模板形状时的表现优于SOTA方法。
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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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视觉模仿学习为机器人系统提供了有效，直观的解决方案，以获得新颖的操纵技巧。但是，仅凭视觉输入就可以同时学习几何任务约束，并控制政策仍然是一个具有挑战性的问题。在本文中，我们提出了一种基于关键点的视觉模仿（K-VIL）的方法，该方法会自动从少数人类演示视频中提取稀疏，以对象独立的任务表示。任务表示形式由主要歧管，其关联的本地框架以及任务执行所需的运动原始框架上的基于关键点的几何约束以及移动原始构成。我们的方法能够从单个演示视频中提取此类任务表示，并在新演示可用时会逐步更新它们。为了使用新颖的场景中学习的优先几何约束来重现操纵技能，我们介绍了一种新颖的基于Kepoint的入学控制器。我们在几个现实世界中评估了我们的方法，展示了其处理混乱的场景，新的对象的新实例以及大对象姿势和形状变化的能力，以及其一声效率和稳健性模仿学习设置。视频和源代码可在https://sites.google.com/view/k-vil上找到。
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成功掌握对象的能力在机器人中是至关重要的，因为它可以实现多个交互式下游应用程序。为此，大多数方法要么计算兴趣对象的完整6D姿势，要么学习预测一组掌握点。虽然前一种方法对多个对象实例或类没有很好地扩展，但后者需要大的注释数据集，并且受到新几何形状的普遍性能力差的阻碍。为了克服这些缺点，我们建议教授一个机器人如何用简单而简短的人类示范掌握一个物体。因此，我们的方法既不需要许多注释图像，也不限于特定的几何形状。我们首先介绍了一个小型RGB-D图像，显示人对象交互。然后利用该序列来构建表示所描绘的交互的相关手和对象网格。随后，我们完成重建对象形状的缺失部分，并估计了场景中的重建和可见对象之间的相对变换。最后，我们从物体和人手之间的相对姿势转移a-prioriz知识，随着当前对象在场景中的估计到机器人的必要抓握指令。与丰田的人类支持机器人（HSR）在真实和合成环境中的详尽评估证明了我们所提出的方法的适用性及其优势与以前的方法相比。
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我们提出了一种使用图像增强的自我监督训练方法，用于学习视图的视觉描述符。与通常需要复杂数据集的现有作品（例如注册的RGBD序列）不同，我们在无序的一组RGB图像上训练。这允许从单个相机视图（例如，在带有安装式摄像机的现有机器人单元格中学习）学习。我们使用数据增强创建合成视图和密集的像素对应关系。尽管数据记录和设置要求更简单，但我们发现我们的描述符与现有方法具有竞争力。我们表明，对合成对应的培训提供了各种相机视图的描述符的一致性。我们将训练与来自多种视图的几何对应关系进行比较，并提供消融研究。我们还使用从固定式摄像机中学到的描述符显示了一个机器人箱进行挑选实验，以定义掌握偏好。
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众所周知，用于视觉机器人操纵的端到端学习会遭受样本效率低下的困扰，需要大量的演示。可以利用空间轮式翻译等效度，或者SE（3） - 等级率，以提高学习机器人操作的样品效率。在本文中，我们介绍了从点云输入中的视觉机器人操作的完全端到端的SE（3） - 等级模型。通过利用谎言群体的表示理论，我们构建了新型SE（3）基于能量的模型，从而允许高度样本有效的端到端学习。我们表明，我们的模型可以在没有先验知识的情况下从头开始学习，但具有高度的样本效率（〜10个演示就足够了）。此外，我们表明，受过训练的模型可以推广到（i）以前看不见的目标对象姿势，（ii）以前看不见的类别目标对象实例，以及（iii）以前看不见的视觉干扰器。我们实验了6型机器人操纵任务，以验证模型的样品效率和概括性。代码可在以下网址找到：https：//github.com/tomato1mule/edf
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我们为3D点云提出了一种自我监督的胶囊架构。我们通过置换等级的注意力计算对象的胶囊分解，并通过用对随机旋转对象的对进行自我监督处理。我们的主要思想是将注意力掩码汇总为语义关键点，并使用这些来监督满足胶囊不变性/设备的分解。这不仅能够培训语义一致的分解，而且还允许我们学习一个能够以对客观的推理的规范化操作。培训我们的神经网络，我们既不需要分类标签也没有手动对齐训练数据集。然而，通过以自我监督方式学习以对象形式的表示，我们的方法在3D点云重建，规范化和无监督的分类上表现出最先进的。
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6多机器人抓钩是一个持久但未解决的问题。最近的方法利用强3D网络从深度传感器中提取几何抓握表示形式，表明对公共物体的准确性卓越，但对光度化挑战性物体（例如，透明或反射材料中的物体）进行不满意。瓶颈在于这些物体的表面由于光吸收或折射而无法反射准确的深度。在本文中，与利用不准确的深度数据相反，我们提出了第一个称为MonograspNet的只有RGB的6-DOF握把管道，该管道使用稳定的2D特征同时处理任意对象抓握，并克服由光学上具有挑战性挑战的对象引起的问题。 MonograspNet利用关键点热图和正常地图来恢复由我们的新型表示形式表示的6-DOF抓握姿势，该表示的2D键盘具有相应的深度，握把方向，抓握宽度和角度。在真实场景中进行的广泛实验表明，我们的方法可以通过在抓住光学方面挑战的对象方面抓住大量对象并超过基于深度的竞争者的竞争成果。为了进一步刺激机器人的操纵研究，我们还注释并开源一个多视图和多场景现实世界抓地数据集，其中包含120个具有20m精确握把标签的混合光度复杂性对象。
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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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密集对象跟踪，能够通过像素级精度本地化特定的对象点，是一个重要的计算机视觉任务，具有多种机器人的下游应用程序。现有方法在单个前向通行证中计算密集的键盘嵌入，这意味着模型培训以一次性跟踪所有内容，或者将它们的全部容量分配给稀疏预定义的点，交易一般性以获得准确性。在本文中，我们基于观察到给定时间的相关点数通常相对较少，例如，探索中间地面。掌握目标对象的点。我们的主要贡献是一种新颖的架构，灵感来自少量任务适应，这允许一个稀疏样式的网络在嵌入点嵌入的关键点嵌入时的条件。我们的中央发现是，这种方法提供了密集嵌入模型的一般性，同时提供准确性更加接近稀疏关键点方法。我们呈现了说明此容量与准确性权衡的结果，并使用真正的机器人挑选任务展示将转移到新对象实例（在课程中）的能力。
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