本文对我们的系统进行了概述和比较分析，该系统专为Sapien Maniskill Challenge挑战2021中的以下两个轨道而设计：无相互作用轨迹：从预采用的演示轨迹中学习政策的无相互作用轨迹目标。我们研究了这两个基于模仿学习的方法，即使用经典监督学习技术模仿观察到的行为，以及基于线之后的基于强化学习的方法。此外，通过基于变压器的网络利用对象和机器人臂的几何结构和纹理结构，以促进模仿学习。无限制轨道：在此轨道中，我们设计了一种基于启发式规则的方法（HRM）来通过将任务分解为一系列子任务来触发高质量对象操作。对于每个子任务，采用简单的基于规则的控制策略来预测可以应用于机器人臂的动作。为了简化系统的实现，所有源代码和预训练的模型均可在\ url {https://github.com/caiqi/silver-bullet-3d/}上获得。

3D视觉输入的对象操纵对构建可宽大的感知和政策模型构成了许多挑战。然而，现有基准中的3D资产主要缺乏与拓扑和几何中的现实世界内复杂的3D形状的多样性。在这里，我们提出了Sapien操纵技能基准（Manishill）以在全物理模拟器中的各种物体上基准操纵技巧。 Manishill中的3D资产包括大型课堂内拓扑和几何变化。仔细选择任务以涵盖不同类型的操纵挑战。 3D Vision的最新进展也使我们认为我们应该定制基准，以便挑战旨在邀请研究3D深入学习的研究人员。为此，我们模拟了一个移动的全景摄像头，返回以自我为中心的点云或RGB-D图像。此外，我们希望Manishill是为一个对操纵研究感兴趣的广泛研究人员提供服务。除了支持从互动的政策学习，我们还支持学习 - 从演示（LFD）方法，通过提供大量的高质量演示（〜36,000个成功的轨迹，总共〜1.5米点云/ RGB-D帧）。我们提供使用3D深度学习和LFD算法的基线。我们的基准（模拟器，环境，SDK和基线）的所有代码都是开放的，并且将基于基准举办跨学科研究人员面临的挑战。

可推广的对象操纵技能对于智能和多功能机器人在现实世界中的复杂场景中工作至关重要。尽管在强化学习方面取得了最新进展，但学习可以处理一类几何多样的铰接物体的可推广的操纵政策仍然非常具有挑战性。在这项工作中，我们通过以任务不合时宜的方式模仿学习来解决此类别级别的对象操纵政策学习问题，我们假设没有手工制作的密集奖励，而只是最终的奖励。鉴于这个新颖且具有挑战性的概括性政策学习问题，我们确定了几个关键问题，这些问题可能使以前的模仿学习算法失败，并阻碍了概括是看不见的实例。然后，我们提出了几种一般但至关重要的技术，包括从演示中学习的生成性对抗性自我象征学习，歧视者的逐步增长以及对专家缓冲区的实例平衡，可以准确地指出和解决这些问题，并可以受益于类别级别的操纵政策学习，而不管有什么问题任务。我们对Maniskill基准测试的实验表明，所有任务都有显着的改进，而我们的消融研究进一步验证了每种提出的技术的贡献。

Dexterous manipulation with anthropomorphic robot hands remains a challenging problem in robotics because of the high-dimensional state and action spaces and complex contacts. Nevertheless, skillful closed-loop manipulation is required to enable humanoid robots to operate in unstructured real-world environments. Reinforcement learning (RL) has traditionally imposed enormous interaction data requirements for optimizing such complex control problems. We introduce a new framework that leverages recent advances in GPU-based simulation along with the strength of imitation learning in guiding policy search towards promising behaviors to make RL training feasible in these domains. To this end, we present an immersive virtual reality teleoperation interface designed for interactive human-like manipulation on contact rich tasks and a suite of manipulation environments inspired by tasks of daily living. Finally, we demonstrate the complementary strengths of massively parallel RL and imitation learning, yielding robust and natural behaviors. Videos of trained policies, our source code, and the collected demonstration datasets are available at https://maltemosbach.github.io/interactive_ human_like_manipulation/.

虽然对理解计算机视觉中的手对象交互进行了重大进展，但机器人执行复杂的灵巧操纵仍然非常具有挑战性。在本文中，我们提出了一种新的平台和管道DEXMV（来自视频的Dexerous操纵）以进行模仿学习。我们设计了一个平台：（i）具有多指机器人手和（ii）计算机视觉系统的复杂灵巧操纵任务的仿真系统，以记录进行相同任务的人类手的大规模示范。在我们的小说管道中，我们从视频中提取3D手和对象姿势，并提出了一种新颖的演示翻译方法，将人类运动转换为机器人示范。然后，我们将多个仿制学习算法与演示进行应用。我们表明，示威活动确实可以通过大幅度提高机器人学习，并解决独自增强学习无法解决的复杂任务。具有视频的项目页面：https://yzqin.github.io/dexmv

在交互环境中学习操纵3D对象一直是强化学习（RL）的挑战性问题。特别是，很难训练可以概括具有不同语义类别，多样形状几何形状和多功能功能的对象的策略。最近，视觉负担能力的技术在提供有效的可操作语义方面提供了以对象为中心的信息先验的前景。因此，可以通过知道如何在手柄上施加力来训练有效的政策来打开门。但是，要学习负担能力，它通常需要人为定义的动作基础，这限制了适用的任务范围。在这项研究中，我们通过使用RL训练过程中生成的联系信息来预测感兴趣的接触图，利用视觉负担。然后，这种联系预测过程会导致一个端到端的负担能力学习框架，该框架可以概括不同类型的操纵任务。令人惊讶的是，这种框架的有效性即使在多阶段和多代理场景下也具有。我们对八种类型的操纵任务进行了测试。结果表明，我们的方法优于基线算法，包括基于视觉的负担方法和RL方法，其成功率很大。演示可以在https://sites.google.com/view/rlafford/上找到。

本文简要概述了我们提交给Sapien Maniskill Challenge 2021的无互动轨道的提交。我们的方法遵循端到端管道，主要由两个步骤组成：我们首先提取多个对象的点云特征；然后，我们采用这些功能来通过基于深层变压器的网络来预测机器人模拟器的动作分数。更特别的是，为未来的工作提供指导，以开放剥削学习操纵技能的途径，我们提出了一项经验研究，其中包括一袋技巧和流产的尝试。最后，我们的方法在排行榜上获得了有希望的排名。我们解决方案的所有代码均可在https://github.com/liu6666666/bigfish \ _codes上获得。

在工厂或房屋等环境中协助我们的机器人必须学会使用对象作为执行任务的工具，例如使用托盘携带对象。我们考虑了学习常识性知识何时可能有用的问题，以及如何与其他工具一起使用其使用以完成由人类指示的高级任务。具体而言，我们引入了一种新型的神经模型，称为Tooltango，该模型首先预测要使用的下一个工具，然后使用此信息来预测下一项动作。我们表明，该联合模型可以告知学习精细的策略，从而使机器人可以顺序使用特定工具，并在使模型更加准确的情况下增加了重要价值。 Tooltango使用图神经网络编码世界状态，包括对象和它们之间的符号关系，并使用人类教师的演示进行了培训，这些演示是指导物理模拟器中的虚拟机器人的演示。该模型学会了使用目标和动作历史的知识来参加场景，最终将符号动作解码为执行。至关重要的是，我们解决了缺少一些已知工具的看不见的环境的概括，但是存在其他看不见的工具。我们表明，通过通过从知识库中得出的预训练的嵌入来增强环境的表示，该模型可以有效地将其推广到新的环境中。实验结果表明，在预测具有看不见对象的新型环境中模拟移动操纵器的成功符号计划时，至少48.8-58.1％的绝对改善对基准的绝对改善。这项工作朝着使机器人能够快速合成复杂任务的强大计划的方向，尤其是在新颖的环境中

部件组件是机器人中的典型但具有挑战性的任务，机器人将一组各个部件组装成完整的形状。在本文中，我们开发了用于家具组件的机器人组装仿真环境。我们将零件装配任务制定为混凝土加固学习问题，并提出了一种机器人的管道，以学习组装多种椅子。实验表明，当使用看不见的椅子进行测试时，我们的方法在以上对象的环境下实现了74.5％的成功率，并在完整环境下实现了50.0％。我们采用RRT-CONNECT算法作为基线，在计算时间明显更长的时间后，只能实现18.8％的成功率。我们的项目网页提供了补充材料和视频。

Bimanual activities like coffee stirring, which require coordination of dual arms, are common in daily life and intractable to learn by robots. Adopting reinforcement learning to learn these tasks is a promising topic since it enables the robot to explore how dual arms coordinate together to accomplish the same task. However, this field has two main challenges: coordination mechanism and long-horizon task decomposition. Therefore, we propose the Mixline method to learn sub-tasks separately via the online algorithm and then compose them together based on the generated data through the offline algorithm. We constructed a learning environment based on the GPU-accelerated Isaac Gym. In our work, the bimanual robot successfully learned to grasp, hold and lift the spoon and cup, insert them together and stir the coffee. The proposed method has the potential to be extended to other long-horizon bimanual tasks.

Imitation learning techniques aim to mimic human behavior in a given task. An agent (a learning machine) is trained to perform a task from demonstrations by learning a mapping between observations and actions. The idea of teaching by imitation has been around for many years, however, the field is gaining attention recently due to advances in computing and sensing as well as rising demand for intelligent applications. The paradigm of learning by imitation is gaining popularity because it facilitates teaching complex tasks with minimal expert knowledge of the tasks. Generic imitation learning methods could potentially reduce the problem of teaching a task to that of providing demonstrations; without the need for explicit programming or designing reward functions specific to the task. Modern sensors are able to collect and transmit high volumes of data rapidly, and processors with high computational power allow fast processing that maps the sensory data to actions in a timely manner. This opens the door for many potential AI applications that require real-time perception and reaction such as humanoid robots, self-driving vehicles, human computer interaction and computer games to name a few. However, specialized algorithms are needed to effectively and robustly learn models as learning by imitation poses its own set of challenges. In this paper, we survey imitation learning methods and present design options in different steps of the learning process. We introduce a background and motivation for the field as well as highlight challenges specific to the imitation problem. Methods for designing and evaluating imitation learning tasks are categorized and reviewed. Special attention is given to learning methods in robotics and games as these domains are the most popular in the literature and provide a wide array of problems and methodologies. We extensively discuss combining imitation learning approaches using different sources and methods, as well as incorporating other motion learning methods to enhance imitation. We also discuss the potential impact on industry, present major applications and highlight current and future research directions.

从语言灵活性和组成性中受益，人类自然打算使用语言来指挥体现的代理，以进行复杂的任务，例如导航和对象操纵。在这项工作中，我们旨在填补最后一英里的体现代理的空白 - 通过遵循人类的指导，例如，“将红杯子移到盒子旁边，同时将其保持直立。”为此，我们介绍了一个自动操纵求解器（AMSolver）模拟器，并基于IT构建视觉和语言操纵基准（VLMBENCH），其中包含有关机器人操纵任务的各种语言说明。具体而言，创建基于模块化规则的任务模板是为了自动生成具有语言指令的机器人演示，包括各种对象形状和外观，动作类型和运动约束。我们还开发了一个基于关键点的模型6D-Cliport，以处理多视图观察和语言输入，并输出一个6个自由度（DOF）动作的顺序。我们希望新的模拟器和基准将促进对语言引导机器人操纵的未来研究。

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.

机器人的培训数据传输是一种在学习和基于视觉的机器人控制中的一点探索主题。因此，我们提出了一种具有较低自由度（DOF）动作的机器人的转移方法，其与利用全向相机的更高的DOF。机器人相机的虚拟旋转使得在该传输学习过程中能够进行数据增强。在这项研究中，使用由仅具有三个DOF的差分轮式地机器人收集的数据集进行6-DOF机器人的基于视觉控制策略。在机器人操纵中的应用，我们还使用具有不同视图的多个策略来展示6-DOF ARM机器人的控制系统，以实现对象达到任务。

虽然视觉模仿学习提供了从视觉演示中学习最有效的方法之一，但从它们中概括需要数百个不同的演示，任务特定的前瞻或大型难以列车的参数模型。此类复杂性出现的一个原因是因为标准的视觉模仿框架尝试一次解决两个耦合问题：从不同的视觉数据中学习简洁但良好的表示，同时学习将显示的动作与这样的表示相关联。这种联合学习导致这两个问题之间的相互依存，这通常会导致需要大量的学习演示。为了解决这一挑战，我们建议与对视觉模仿的行为学习的表现脱钩。首先，我们使用标准监督和自我监督的学习方法从离线数据中学习视觉表示编码器。培训表示，我们使用非参数局部加权回归来预测动作。我们通过实验表明，与目视模仿的先前工作相比，这种简单的去耦可提高离线演示数据集和实际机器人门开口的视觉模仿模型的性能。我们所有生成的数据，代码和机器人视频都在https://jyopari.github.io/vinn/处公开提供。

与一组复杂的RL问题有关的目标条件加固学习（GCRL）训练代理在特定情况下实现不同的目标。与仅根据州或观察结果了解政策的标准RL解决方案相比，GCRL还要求代理商根据不同的目标做出决策。在这项调查中，我们对GCRL的挑战和算法进行了全面的概述。首先，我们回答该领域研究的基本问题。然后，我们解释了如何代表目标并介绍如何从不同角度设计现有解决方案。最后，我们得出结论，并讨论最近研究重点的潜在未来前景。

与人类在环境中共存的通用机器人必须学会将人类语言与其在一系列日常任务中有用的看法和行动联系起来。此外，他们需要获取各种曲目的一般专用技能，允许通过遵循无约束语言指示来组成长地平任务。在本文中，我们呈现了凯文（从语言和愿景撰写的行动），是一个露天模拟基准，用于学习Long-Horizo​​ n语言条件的任务。我们的目的是使可以开发能够通过船上传感器解决许多机器人操纵任务的代理商，并且仅通过人类语言指定。 Calvin任务在序列长度，动作空间和语言方面更复杂，而不是现有的视觉和语言任务数据集，并支持灵活的传感器套件规范。我们评估零拍摄的代理商以新颖的语言指示以及新的环境和对象。我们表明，基于多语境模仿学习的基线模型在凯文中表现不佳，表明有很大的空间，用于开发创新代理，了解学习将人类语言与这款基准相关的世界模型。

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

Reinforcement learning holds the promise of enabling autonomous robots to learn large repertoires of behavioral skills with minimal human intervention. However, robotic applications of reinforcement learning often compromise the autonomy of the learning process in favor of achieving training times that are practical for real physical systems. This typically involves introducing hand-engineered policy representations and human-supplied demonstrations. Deep reinforcement learning alleviates this limitation by training general-purpose neural network policies, but applications of direct deep reinforcement learning algorithms have so far been restricted to simulated settings and relatively simple tasks, due to their apparent high sample complexity. In this paper, we demonstrate that a recent deep reinforcement learning algorithm based on offpolicy training of deep Q-functions can scale to complex 3D manipulation tasks and can learn deep neural network policies efficiently enough to train on real physical robots. We demonstrate that the training times can be further reduced by parallelizing the algorithm across multiple robots which pool their policy updates asynchronously. Our experimental evaluation shows that our method can learn a variety of 3D manipulation skills in simulation and a complex door opening skill on real robots without any prior demonstrations or manually designed representations.