机器人对高度可变形的布的操纵提供了一个有前途的机会，可以帮助人们完成几项日常任务，例如洗碗；折叠洗衣；或针对患有严重运动障碍的人的敷料，沐浴和卫生援助。在这项工作中，我们介绍了一种公式，该公式使协作机器人能够用布做出视觉触觉推理，这是在物理互动过程中推断应用力的位置和大小的行为。我们提出了两种不同的模型表示，并在物理模拟中训练，它们仅使用视觉和机器人运动学观测来实现触觉推理。我们对这些模型进行了定量评估，以模拟机器人辅助的调味料，沐浴和洗碗任务，并证明训练有素的模型可以通过不同的相互作用，人体大小和物体形状跨越不同的任务。我们还通过现实世界中的移动操纵器提出了结果，该操作器使用我们的模拟训练模型来估计应用接触力，同时用布料执行物理辅助任务。可以在我们的项目网页上找到视频。

由于布料的复杂动态，缺乏低维状态表示和自闭合，机器人操纵布的机器人操纵对机器人来说仍然具有挑战性。与以前的基于模型的基于模型的方法形成对比，用于学习基于像素的动态模型或压缩潜伏的潜在载体动态，我们建议从部分点云观察中学习基于粒子的动力学模型。为了克服部分可观察性的挑战，我们推出在底层布料网上连接的可见点。然后，我们通过此可见连接图来学习动态模型。与以往的基于学习的方法相比，我们的模型与其基于粒子的表示具有强烈的感应偏差，用于学习底层布理物理学;它不变于视觉功能;并且预测可以更容易地可视化。我们表明我们的方法极大地优于以前的最先进的模型和无模型加强学习方法在模拟中。此外，我们展示了零拍摄的SIM-to-Real Transfer，在那里我们部署了在法兰卡臂上的模拟中培训的模型，并表明该模型可以从弄皱的配置中成功平滑不同类型的布料。视频可以在我们的项目网站上找到。

自我咬合对于布料操纵而具有挑战性，因为这使得很难估计布的全部状态。理想情况下，试图展开弄皱或折叠的布的机器人应该能够对布的遮挡区域进行推理。我们利用姿势估计的最新进展来构建一种使用明确的遮挡推理来展开皱巴布的系统的系统。具体来说，我们首先学习一个模型来重建布的网格。但是，由于布构型的复杂性以及遮挡的歧义，该模型可能会出现错误。我们的主要见解是，我们可以通过进行自我监督的损失进行测试时间填充来进一步完善预测的重建。获得的重建网格使我们能够在推理遮挡的同时使用基于网格的动力学模型来计划。我们在布料上和布料规范化上评估了系统，其目的是将布操作成典型的姿势。我们的实验表明，我们的方法显着优于未明确解释闭塞或执行测试时间优化的先验方法。可以在我们的$ \ href {https://sites.google.com/view/occlusion-reason/home/home} {\ text {project {project {project}}}上找到视频和可视化。

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。

与纺织品（例如辅助敷料）的物理互动依赖于先进的灵巧能力。拉扯和拉伸时纺织行为的潜在复杂性是由于纱线材料特性和纺织品构造技术所致。如今，还没有采用和注释的数据集评估各种交互或属性识别方法。影响这种相互作用的一种重要特性是材料弹性是由纱线材料和构造技术引起的：这两个是交织在一起的，如果不知道A-Priori，几乎无法通过在机器人平台上使用常见的传感来识别。我们介绍了弹性环境（EC），该概念集成了影响弹性行为的各种属性，以使其与纺织品进行更有效的物理互动。 EC的定义依赖于纺织工程中常用的压力/应变曲线，我们为机器人应用重新制定了压力/应变曲线。我们使用图形神经网络（GNN）使用EC来学习纺织品的通用弹性行为。此外，我们探讨了EC对非线性现实世界弹性行为的准确力量建模的影响，从而强调了当前机器人设置以感知纺织特性的挑战。

在现实世界中操纵体积变形物体，例如毛绒玩具和披萨面团，由于无限形状的变化，非刚性运动和部分可观察性带来了重大挑战。我们引入酸，这是一种基于结构性隐式神经表示的容量变形物体的动作条件视觉动力学模型。酸整合了两种新技术：动作条件动力学和基于大地测量的对比度学习的隐式表示。为了代表部分RGB-D观测值的变形动力学，我们学习了占用和基于流动的正向动态的隐式表示。为了准确识别在大型非刚性变形下的状态变化，我们通过新的基于大地测量的对比损失来学习一个对应嵌入场。为了评估我们的方法，我们开发了一个模拟框架，用于在逼真的场景中操纵复杂的可变形形状和一个基准测试，其中包含17,000多种动作轨迹，这些轨迹具有六种类型的毛绒玩具和78种变体。我们的模型在现有方法上实现了几何，对应和动态预测的最佳性能。酸动力学模型已成功地用于目标条件可变形的操纵任务，从而使任务成功率比最强的基线提高了30％。此外，我们将模拟训练的酸模型直接应用于现实世界对象，并在将它们操纵为目标配置中显示成功。有关更多结果和信息，请访问https://b0ku1.github.io/acid/。

虽然机器人提供了一个机会，为老年人和床上移动性损伤的人提供物理援助，但人们经常在床上休息，毯子覆盖着他们的大部分的毯子。为许多日常自我保健任务提供帮助，例如沐浴，敷料或守护，护理人员必须先从人体的一部分揭开毯子。在这项工作中，我们介绍了一个关于机器人床上用品操作的制定，其中一个机器人从目标身体部位揭开毯子，同时确保人体的其余部分仍然被覆盖。我们比较两种方法来优化提供具有掌握和释放点的机器人的策略，即揭示身体的目标部分：1）加强学习和2）通过优化来生成培训数据的自我监督学习。我们在物理模拟环境中培训并进行了评估，该政策包括覆盖床上模拟人类仰卧的可变形布网格。此外，我们还将模拟训练的政策转移到真正的移动操纵器，并证明它可以从躺在床上的人体模型的目标身体部位揭开毯子。源代码在线获取。

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。

我们研究了可变形对象的学习图动力学问题，这些动力学将其推广到未知物理特性。特别是，我们利用了像布状可变形物体的弹性物理特性的潜在表示，我们通过拉动相互作用探索。我们提出了EDO-NET（弹性可变形物体 - NET），该模型在具有不同弹性特性的各种样品上以自我监督的方式训练。EDO-NET共同学习了一个适应模块，负责提取对象物理特性的潜在表示，以及一个前向动力学模块，该模块利用潜在的表示来预测类似布的对象的未来状态，表示为图形。我们在模拟和现实世界中评估了江户网 - 评估其功能的：1）概括为布状可变形物体的未知物理特性，2）将学习的表示形式转移到新的下游任务。

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

机器人仿真一直是数据驱动的操作任务的重要工具。但是，大多数现有的仿真框架都缺乏与触觉传感器的物理相互作用的高效和准确模型，也没有逼真的触觉模拟。这使得基于触觉的操纵任务的SIM转交付仍然具有挑战性。在这项工作中，我们通过建模接触物理学来整合机器人动力学和基于视觉的触觉传感器的模拟。该触点模型使用机器人最终效应器上的模拟接触力来告知逼真的触觉输出。为了消除SIM到真实传输差距，我们使用现实世界数据校准了机器人动力学，接触模型和触觉光学模拟器的物理模拟器，然后我们在零摄像机上演示了系统的有效性 - 真实掌握稳定性预测任务，在各种对象上，我们达到平均准确性为90.7％。实验揭示了将我们的模拟框架应用于更复杂的操纵任务的潜力。我们在https://github.com/cmurobotouch/taxim/tree/taxim-robot上开放仿真框架。

机器人需要在约束环境（例如架子和橱柜）中操纵物体，以帮助人类在房屋和办公室等日常设置中。这些限制因减少掌握能力而变得难以操纵，因此机器人需要使用非忽视策略来利用对象环境联系来执行操纵任务。为了应对在这种情况下规划和控制接触性富裕行为的挑战，该工作使用混合力量速度控制器（HFVC）作为技能表示和计划的技能序列，并使用学到的先决条件进行了计划。尽管HFVC自然能够实现稳健且合规的富裕行为，但合成它们的求解器传统上依赖于精确的对象模型和对物体姿势的闭环反馈，这些反馈因遮挡而在约束环境中很难获得。我们首先使用HFVC综合框架放松了HFVC对精确模型和反馈的需求，然后学习一个基于点云的前提函数，以对HFVC执行仍将成功地进行分类，尽管建模不正确。最后，我们在基于搜索的任务计划者中使用学到的前提来完成货架域中的接触式操纵任务。我们的方法达到了$ 73.2 \％$的任务成功率，表现优于基线实现的$ 51.5 \％$，而没有学习的先决条件。在模拟中训练了前提函数时，它也可以转移到现实世界中，而无需进行其他微调。

动态状态表示学习是机器人学习中的重要任务。可以捕获动力学信息的潜在空间在加速模型的自由强化学习，缩小模拟到现实差距以及降低运动计划的复杂性等领域中具有广泛的应用。但是，当前的动态状态表示方法在复杂的动态系统（例如可变形对象）上的扩展很差，并且不能将良好定义的仿真函数直接嵌入到训练管道中。我们提出了DIFFSRL，这是一种动态状态表示学习管道，利用可区分的模拟可以将复杂的动力学模型嵌入到端到端训练的一部分。我们还将可区分的动态约束作为管道的一部分集成，这为潜在状态提供了意识到动态约束的激励措施。我们进一步建立了在软体体模拟系统PlastonElab上学习基准的国家表示基准，我们的模型在捕获长期动态和奖励预测方面表现出了卓越的性能。

由于难以建模彼此的材料颗粒，颗粒材料如沙子或水稻的操纵仍然是一个未解决的挑战。目前的方法倾向于简化材料动态并省略颗粒之间的相互作用。在本文中，我们建议使用基于图形的表示来模拟材料和刚体操纵它的刚体的相互作用动态。这允许规划操纵轨迹以达到材料的所需配置。我们使用图形神经网络（GNN）通过消息传递来模拟粒子交互。为了规划操纵轨迹，我们建议最小化粒状粒子分布和所需配置之间的Wasserstein距离。我们证明，在模拟和实际情况下，该方法能够将粒状材料倒入所需的配置中。

抓握物体姿势和外部接触的联合估计对于健壮和灵活的操纵至关重要。在本文中，我们提出了一种新型的状态估计算法，该算法共同估计了使用本体感受和触觉反馈的3D接触位置和对象姿势。我们的方法利用了两个互补的粒子过滤器：一个用于估计接触位置（CPFGRASP），另一个用于估计对象姿势（范围）。我们对现实世界单臂和双臂机器人系统实施和评估我们的方法。我们证明，通过将两个对象融入联系人，机器人可以推断联系位置并同时提出对象。我们提出的方法可以应用于需要精确姿势估计的许多下游任务，例如工具使用和组装。代码和数据可以在https://github.com/mmintlab/scope上找到。

物体很少在人类环境中孤立地坐着。因此，我们希望我们的机器人来推理多个对象如何相互关系，以及这些关系在机器人与世界互动时可能会发生变化。为此，我们提出了一个新型的图形神经网络框架，用于多对象操纵，以预测对机器人行动的影响如何变化。我们的模型在部分视图点云上运行，可以推理操作过程中动态交互的多个对象。通过在学习的潜在图嵌入空间中学习动态模型，我们的模型使多步规划可以达到目标目标关系。我们展示了我们的模型纯粹是在模拟中训练的，可以很好地传输到现实世界。我们的计划器使机器人能够使用推送和拾取和地点技能重新排列可变数量的对象。

我们提出了一种从基于隐式对象编码器，神经辐射字段（NERFS）和图神经网络的图像观测值中学习组成多对象动力学模型的方法。由于其强大的3D先验，NERF已成为代表场景的流行选择。但是，大多数NERF方法都在单个场景上进行了训练，以全球模型代表整个场景，从而对新型场景进行概括，其中包含不同数量的对象，具有挑战性。取而代之的是，我们提出了一个以对象为中心的自动编码器框架，该框架将场景的多个视图映射到一组分别表示每个对象的潜在向量。潜在矢量参数化可以从中重建场景的单个nerf。基于那些潜在向量，我们在潜在空间中训练图形神经网络动力学模型，以实现动力学预测的组成性。我们方法的一个关键特征是，潜在向量被迫通过NERF解码器编码3D信息，这使我们能够在学习动力学模型中纳入结构先验，从而使长期预测与多个基线相比更加稳定。模拟和现实世界的实验表明，我们的方法可以建模和学习构图场景的动态，包括刚性和可变形对象。视频：https：//dannydriess.github.io/compnerfdyn/

Simulating rigid collisions among arbitrary shapes is notoriously difficult due to complex geometry and the strong non-linearity of the interactions. While graph neural network (GNN)-based models are effective at learning to simulate complex physical dynamics, such as fluids, cloth and articulated bodies, they have been less effective and efficient on rigid-body physics, except with very simple shapes. Existing methods that model collisions through the meshes' nodes are often inaccurate because they struggle when collisions occur on faces far from nodes. Alternative approaches that represent the geometry densely with many particles are prohibitively expensive for complex shapes. Here we introduce the Face Interaction Graph Network (FIGNet) which extends beyond GNN-based methods, and computes interactions between mesh faces, rather than nodes. Compared to learned node- and particle-based methods, FIGNet is around 4x more accurate in simulating complex shape interactions, while also 8x more computationally efficient on sparse, rigid meshes. Moreover, FIGNet can learn frictional dynamics directly from real-world data, and can be more accurate than analytical solvers given modest amounts of training data. FIGNet represents a key step forward in one of the few remaining physical domains which have seen little competition from learned simulators, and offers allied fields such as robotics, graphics and mechanical design a new tool for simulation and model-based planning.

我们研究了如何将高分辨率触觉传感器与视觉和深度传感结合使用，以改善掌握稳定性预测。在模拟高分辨率触觉传感的最新进展，尤其是触觉模拟器，使我们能够评估如何结合感应方式训练神经网络。借助训练大型神经网络所需的大量数据，机器人模拟器提供了一种快速自动化数据收集过程的方法。我们通过消融研究扩展现有工作，并增加了从YCB基准组中获取的一组对象。我们的结果表明，尽管视觉，深度和触觉感测的组合为已知对象提供了最佳预测结果，但该网络未能推广到未知对象。我们的工作还解决了触觉模拟中机器人抓握的现有问题以及如何克服它们。

柔软的钳口尖端几乎普遍地与平行钳口机器人夹持器普遍使用，因为它们可以增加接触面积和钳口之间的摩擦和要操纵的物体。然而，符合曲面和刚性物体之间的相互作用是难以模拟的。我们介绍了一种使用增量潜在联系人（IPC）的新型模拟器的IPC-Graspsim - 一个用于计算机图形学的2020年的变形模型 - 这既在抓住期间就模拟了符合JAW提示的动态和变形。 IPC-Graspsim使用一组2,000个物理掌握在16个对手对象中进行评估，其中标准分析模型表现不佳。与分析Quasistatic接触型号（软点接触，REACH，6DFC）和动态掌握模拟器（ISAAC健身房）（具有Flex后端的ISAAC健身房，结果表明IPC-Graspsim更准确地模拟现实世界掌握，增加F1得分9％。所有数据，代码，视频和补充材料都可以在https://sites.google.com/berkeley.edu/ipcgraspsim中获得。