创建复杂机器人行为的一种典型方法是组成原子控制器或技能，以使所产生的行为满足高级任务；但是，当无法使用一组技能完成任务时，很难知道如何修改技能以使任务成为可能。我们提出了一种将符号维修与身体可行性检查和实现相结合的方法，以自动修改现有技能，以便机器人可以执行以前不可行的任务。我们在线性时间逻辑（LTL）公式中编码机器人技能，以捕获安全性任务的安全限制和目标。此外，我们的编码捕获了完整的技能执行，而不是先前的工作，而在执行技能之前和之后只有世界状态才被考虑。我们的维修算法提出了符号修改，然后尝试通过修改受符号修复的LTL约束的原始技能来物理实施建议。如果技能不可能，我们会自动为符号维修提供其他约束。我们用巴克斯特和一个清晰的jack狼展示了我们的方法。

本研究提出了一种具有动态障碍物和不均匀地形的部分可观察环境中的BipeDal运动的安全任务和运动计划（夯实）的分层综合框架。高级任务规划师采用线性时间逻辑（LTL），用于机器人及其环境之间的反应游戏合成，并为导航安全和任务完成提供正式保证。为了解决环境部分可观察性，在高级导航计划者采用信仰抽象，以估计动态障碍的位置。因此，合成的动作规划器向中级运动规划器发送一组运动动作，同时基于运动过程的阶数模型（ROM）结合从安全定理提取的安全机置规范。运动计划程序采用ROM设计安全标准和采样算法，以生成准确跟踪高级动作的非周期性运动计划。为了解决外部扰动，本研究还调查了关键帧运动状态的安全顺序组成，通过可达性分析实现了对外部扰动的强大转变。最终插值一组基于ROM的超参数，以设计由轨迹优化生成的全身运动机器，并验证基于ROM的可行部署，以敏捷机器人设计的20多个自由的Cassie机器人。

基于联系的决策和规划方法越来越重要，无法为腿机器人提供更高的自主性。源自符号系统的正式合成方法具有巨大的推理潜力，了解高级机器决策，并以正确的担保实现复杂的机动行动。本研究迈出了一种正式设计由受约束和动态变化环境中的任务规划和控制全身动态运动行为的架构组成的架构。在高级别，我们在多肢运动策划器和其动态环境之间制定了两个玩家时间逻辑游戏，以综合提供符号机置操作的获胜策略。这些运动动作满足时间逻辑片段中的所需高级任务规范。这些操作被发送到强大的有限转换系统，该过渡系统合成了满足状态可达性限制的运动控制器。该控制器进一步通过低级运动规划器执行，所述低级运动计划产生可行的机器人轨迹。我们构建一组动态运动模型，可用于腿机器人，作为用于处理各种环境事件的模板库。我们设计了一种重新调整策略，考虑到突然的环境变化或大状态干扰，以增加所产生的机器行为的鲁棒性。我们正式证明分层运动框架的正确性，保证了运动规划层的强大实现。在各种环境中的反应运动行为模拟表明我们的框架具有潜在的智能机置行为的理论基础。

从演示（LFD）方法中学习显示了解决多步任务的希望；但是，这些方法不能保证在给定干扰的情况下成功复制任务。在这项工作中，我们确定了这一挑战的根源，例如学习的连续政策失败无法满足演示中隐含的离散计划。通过利用模式（而不是子观念）作为具有模式不变性和目标达到性能属性的离散抽象和运动策略，我们证明我们所学的连续策略可以模拟由线性时间逻辑（LTL）公式指定的任何离散计划。因此，模仿者对任务和运动级别的干扰都具有鲁棒性，并保证取得任务成功。项目页面：https：//sites.google.com/view/ltl-ds

在动态和远程环境中，对自主系统的高级自治和鲁棒性的需求促使开发人员提出了新的软件体系结构。一种常见的架构样式是将机器人系统的功能总结为基本动作（称为技能）的功能，在该动作上，在该动作中实施了技能管理层以结构，测试和控制功能层。但是，当前可用的验证工具仅在不复制系统实际执行的模型上提供特定于任务的验证或验证，这使得难以确保其对意外事件的鲁棒性。为此，已经开发出一种工具，即Skinet，以将系统的基于技能的架构转换为Petri网络，以建模技能和资源的状态机器行为。 Petri NET允许使用模型检查，例如线性时间逻辑（LTL）或计算树逻辑（CTL），以供用户分析和验证系统的模型。

This work considers the path planning problem for a team of identical robots evolving in a known environment. The robots should satisfy a global specification given as a Linear Temporal Logic (LTL) formula over a set of regions of interest. The proposed method exploits the advantages of Petri net models for the team of robots and B\"uchi automata modeling the specification. The approach in this paper consists in combining the two models into one, denoted Composed Petri net and use it to find a sequence of action movements for the mobile robots, providing collision free trajectories to fulfill the specification. The solution results from a set of Mixed Integer Linear Programming (MILP) problems. The main advantage of the proposed solution is the completeness of the algorithm, meaning that a solution is found when exists, this representing the key difference with our previous work in [1]. The simulations illustrate comparison results between current and previous approaches, focusing on the computational complexity.

在环境抽象中进行高级搜索来指导低水平决策，这是一种有效的方法，是解决连续状态和行动空间中的长途任务的有效方法。最近的工作表明，可以以符号操作员和神经采样器的形式学习使这种二聚体计划的动作抽象，并且鉴于实现已知目标的符号谓词和演示。在这项工作中，我们表明，在动作往往会导致大量谓词发生变化的环境中，现有的方法不足。为了解决这个问题，我们建议学习具有忽略效果的操作员。激发我们方法的关键思想是，对谓词的每一个观察到的变化进行建模是不必要的。唯一需要建模的更改是高级搜索以实现指定目标所需的更改。在实验上，我们表明我们的方法能够学习具有忽略六个混合机器人域效果的操作员，这些企业能够解决一个代理，以解决具有不同初始状态，目标和对象数量的新任务变化，比几个基线要高得多。

长期以来，能够接受和利用特定于人类的任务知识的增强学习（RL）代理人被认为是开发可扩展方法来解决长途问题的可能策略。尽管以前的作品已经研究了使用符号模型以及RL方法的可能性，但他们倾向于假设高级动作模型在低级别上是可执行的，并且流利者可以专门表征所有理想的MDP状态。但是，现实世界任务的符号模型通常是不完整的。为此，我们介绍了近似符号模型引导的增强学习，其中我们将正式化符号模型与基础MDP之间的关系，这将使我们能够表征符号模型的不完整性。我们将使用这些模型来提取将用于分解任务的高级地标。在低水平上，我们为地标确定的每个可能的任务次目标学习了一组不同的政策，然后将其缝合在一起。我们通过在三个不同的基准域进行测试来评估我们的系统，并显示即使是不完整的符号模型信息，我们的方法也能够发现任务结构并有效地指导RL代理到达目标。

行为树（BT）是一种在自主代理中（例如机器人或计算机游戏中的虚拟实体）之间在不同任务之间进行切换的方法。 BT是创建模块化和反应性的复杂系统的一种非常有效的方法。这些属性在许多应用中至关重要，这导致BT从计算机游戏编程到AI和机器人技术的许多分支。在本书中，我们将首先对BTS进行介绍，然后我们描述BTS与早期切换结构的关系，并且在许多情况下如何概括。然后，这些想法被用作一套高效且易于使用的设计原理的基础。安全性，鲁棒性和效率等属性对于自主系统很重要，我们描述了一套使用BTS的状态空间描述正式分析这些系统的工具。借助新的分析工具，我们可以对BTS如何推广早期方法的形式形式化。我们还显示了BTS在自动化计划和机器学习中的使用。最后，我们描述了一组扩展的工具，以捕获随机BT的行为，其中动作的结果由概率描述。这些工具可以计算成功概率和完成时间。

为了执行机器人操纵任务，核心问题是确定满足任务要求的合适轨迹。存在各种计算此类轨迹的方法，是学习和优化主要驾驶技术。我们的作品建立在从示范中学习（LFD）范式的基础上，专家展示了动作，机器人学会了模仿它们。但是，专家演示不足以捕获各种任务规格，例如掌握对象的时间。在本文中，我们提出了一种新方法，以考虑LFD技能中的正式任务规格。确切地说，我们利用了系统的时间属性的一种表达形式信号时间逻辑（STL），以制定任务规格并使用黑盒优化（BBO）来相应地调整LFD技能。我们使用多个任务展示了我们的方法如何使用STL和BBO来解决LFD限制。

在以并发方式解决团队范围的任务时，多机构系统可能非常有效。但是，如果没有正确的同步，则很难保证合并行为的正确性，例如遵循子任务的特定顺序或同时进行协作。这项工作解决了在复杂的全球任务下，将最低时间的任务计划问题称为线性时间逻辑（LTL）公式。这些任务包括独立本地动作和直接子团队合作的时间和空间要求。提出的解决方案是一种随时随地的算法，结合了对任务分解的基础任务自动机的部分顺序分析，以及用于任务分配的分支和绑定（BNB）搜索方法。提供最小的完成时间的合理性，完整性和最佳性分析。还表明，在搜索范围内持续在时间预算之内，可以迅速达成可行且近乎最佳的解决方案。此外，为了处理在线执行期间任务持续时间和代理失败的波动，提出了适应算法来同步执行状态并动态地重新分配未完成的子任务以保持正确性和最佳性。两种算法通过数值模拟和硬件实验在大规模系统上进行了严格的验证，该算法对几个强基地进行了验证。

本文在具有部分未知语义的环境中解决了多机器人规划问题。假设环境具有已知的几何结构（例如，墙壁），并且由具有不确定位置和类的静态标记的地标占用。这种建模方法引发了语义SLAM算法生成的不确定语义地图。我们的目标是为配备有嘈杂感知系统的机器人设计控制策略，以便他们可以完成全局时间逻辑规范捕获的协同任务。为了指定考虑环境和感知不确定性的任务，我们采用了线性时间逻辑（LTL）的片段，称为CO-Safe LTL，定义了基于感知的原子谓性建模概率满意度要求。基于感知的LTL规划问题产生了通过新型采样的算法解决的最佳控制问题，它产生了在线更新的开环控制策略，以适应连续学习的语义地图。我们提供广泛的实验，以证明拟议的规划架构的效率。

这项工作提出了利用对机器人周围环境的逐步改善的象征感知知识的一步，以证明适用于自动驾驶问题的正确反应性控制合成。结合了运动控制和信息收集的抽象模型，我们表明假设保证规范（线性时间逻辑的子类）可用于定义和解决谨慎计划的流量规则。我们提出了一种新颖的表示，称为符号改进树，以捕获有关环境的增量知识，并体现了各种符号感知输入之间的关系。利用增量知识来合成机器人的验证反应性计划。案例研究表明，即使在部分遮挡的环境中，拟议方法在合成控制输入方面的疗效。

将机器人部署在现实世界中的机器人（例如家庭和灵活的制造线路）中，要求机器人按需任务。线性时间逻辑（LTL）是一种广泛使用的规范语言，具有组成语法，自然会在任务中引起共同点。但是，大多数先前关于使用LTL规范的强化学习的研究都独立治疗了每个新公式。我们提出了LTL-Transfer，这是一种新颖的算法，通过将培训任务的政策分割为便携式过渡性的技能，能够满足各种各样的LTL LTL规范，同时尊重安全性批判性约束，从而使跨任务的子policy重复使用。我们在Minecraft启发的领域中进行的实验表明，LTL转移能够满足500个看不见的任务中90％以上的能力，同时仅培训50个任务规格，并且从不违反安全限制。我们还在家庭环境中将LTL转移部署在四倍的移动操纵器上，以显示其以零拍的方式转移到许多获取和交付任务的能力。

为了使机器人能够实现高级目标，工程师通常会编写应用现有专业技能的脚本，例如导航，对象检测和操纵以实现这些目标。编写好的脚本是具有挑战性的，因为它们必须智能平衡物理机器人的动作和传感器的固有随机性以及它拥有的有限信息。原则上，AI计划可用于应对这一挑战并自动生成良好的行为策略。但这需要通过三个障碍。首先，AI必须了解每个技能对世界的影响。其次，我们必须弥合了解技能的作用和其代码中使用的低级状态变量之间更抽象的级别之间的差距。第三，将所有组件绑在一起需要大量的集成工作。我们描述了一种将机器人技能集成到工作的自主机器人控制器中的方法，该机器人的机器人控制器计划其技能以完成指定任务并具有四个关键优势。 1）使用概率编程语言中的想法，我们的生成技能文档语言（GSDL）使代码文档更简单，紧凑，更具表现力。 2）表达抽象映射（AM）桥接了低级机器人代码和抽象AI计划模型之间的差距。 3）控制器可以使用任何正确记录的技能，而无需任何额外的编程工作，提供插头的经验。 4）POMDP求解器计划执行技能，同时适当地平衡了部分可观察性，随机行为和嘈杂的传感。

In the process of materials discovery, chemists currently need to perform many laborious, time-consuming, and often dangerous lab experiments. To accelerate this process, we propose a framework for robots to assist chemists by performing lab experiments autonomously. The solution allows a general-purpose robot to perform diverse chemistry experiments and efficiently make use of available lab tools. Our system can load high-level descriptions of chemistry experiments, perceive a dynamic workspace, and autonomously plan the required actions and motions to perform the given chemistry experiments with common tools found in the existing lab environment. Our architecture uses a modified PDDLStream solver for integrated task and constrained motion planning, which generates plans and motions that are guaranteed to be safe by preventing collisions and spillage. We present a modular framework that can scale to many different experiments, actions, and lab tools. In this work, we demonstrate the utility of our framework on three pouring skills and two foundational chemical experiments for materials synthesis: solubility and recrystallization. More experiments and updated evaluations can be found at https://ac-rad.github.io/arc-icra2023.

本文提出了一种新的方法，用于设计对自主系统的神经网络（NN）控制器的验证组合，并具有线性时间逻辑（LTL）公式捕获的任务。特别是，LTL公式要求系统以时间/逻辑顺序到达并避免某些区域。我们假设该系统配备了有限的训练有素的NN控制器。每个控制器都经过培训，以便它可以将系统推向特定的感兴趣区域，同时避免其他人。我们的目标是检查是否存在训练有素的NN控制器的时间组成（如果是这样，则将其计算）产生复合系统行为，以满足属于给定集合的任何初始系统状态的用户指定的LTL任务。为了解决这个问题，我们提出了一种依赖于自动机理论的新颖集成以及最近提出的NN控制系统的可及性分析工具的新方法。 We note that the proposed method can be applied to other controllers, not necessarily modeled by NNs, by appropriate selection of the reachability analysis tool.由于缺乏健壮性，我们专注于NN控制器。提出的方法在航空车的导航任务上得到了证明。

具有高级别规格的自治系统的运动规划具有广泛的应用。然而，涉及定时时间逻辑的正式语言的研究仍在调查中。此外，许多现有结果依赖于用户指定的任务在给定环境中可行的关键假设。当操作环境是动态和未知的挑战时，由于环境可以找到禁止，导致预先定时定时任务无法完全满足潜在冲突的任务。在考虑时间束缚要求时，这些问题变得更具挑战性。为了解决这些挑战，这项工作提出了一种控制框架，其考虑了强制限制来强制执行安全要求和软限制，以启用任务放松。使用度量间隔时间逻辑（MITL）规范来处理时间限制约束。通过构建轻松的定时产品自动机，在线运动规划策略与后退地平线控制器合成以产生政策，以减少优先顺序的降低方式实现多重目标1）正式保证了对硬安全限制的满足感; 2）主要满足软定时任务; 3）尽可能收集时变奖励。放松结构的另一个新颖性是考虑违反时间和任务的不可行情况。提供仿真结果以验证所提出的方法。

将机器人放置在受控条件外，需要多功能的运动表示，使机器人能够学习新任务并使其适应环境变化。在工作区中引入障碍或额外机器人的位置，由于故障或运动范围限制导致的关节范围的修改是典型的案例，适应能力在安全地执行机器人任务的关键作用。已经提出了代表适应性运动技能的概率动态（PROMP），其被建模为轨迹的高斯分布。这些都是在分析讲道的，可以从少数演示中学习。然而，原始PROMP制定和随后的方法都仅为特定运动适应问题提供解决方案，例如障碍避免，以及普遍的，统一的适应概率方法缺失。在本文中，我们开发了一种用于调整PROMP的通用概率框架。我们统一以前的适应技术，例如，各种类型的避避，通过一个框架，互相避免，在一个框架中，并将它们结合起来解决复杂的机器人问题。另外，我们推导了新颖的适应技术，例如时间上未结合的通量和互相避免。我们制定适应作为约束优化问题，在那里我们最小化适应的分布与原始原始的分布之间的kullback-leibler发散，而我们限制了与不希望的轨迹相关的概率质量为低电平。我们展示了我们在双机器人手臂设置中的模拟平面机器人武器和7-DOF法兰卡 - Emika机器人的若干适应问题的方法。

需要长马计划和持续控制能力的问题对现有的强化学习剂构成了重大挑战。在本文中，我们介绍了一种新型的分层增强学习代理，该学习代理将延时的技能与持续控制的技能与远期模型联系起来，以象征性的分离环境的计划进行计划。我们认为我们的代理商符合符号效应的多样化技能。我们制定了一种客观且相应的算法，该算法通过已知的抽象来通过内在动机来无监督学习各种技能。这些技能是通过符号前向模型共同学习的，该模型捕获了国家抽象中技能执行的影响。训练后，我们可以使用向前模型来利用符号动作的技能来进行长途计划，并随后使用学识渊博的连续行动控制技能执行计划。拟议的算法学习了技能和前瞻性模型，可用于解决复杂的任务，这些任务既需要连续控制和长效计划功能，却具有很高的成功率。它与其他平坦和分层的增强学习基线代理相比，并通过真正的机器人成功证明。