机器人在数据收集与学习策略中的优势和机会,聚焦具身智能与机器人操作的深度融合,深入探讨了Diffusion Policy、UMI数据收集框架和遥操作技术的应用潜力。
首先,协作机器人在力控技术、多模态感知和精准运动控制等领域的突破,为人形机器人的柔性关节设计和精确力感知提供了技术支持。其次,协作机器人积累的大量人机交互数据,以及在多种复杂场景下的应用经验,显著优化了人形机器人的控制算法和运动规划能力。
此外,协作机器人通过模块化设计和标准化硬件接口,加速了驱动器、传感器等关键组件的研发进程,为人形机器人实现灵活性和稳定性的提升创造了条件。尤其是在智能制造和服务机器人领域的广泛应用,促进了硬件成本的下降和性能的优化,为人形机器人大规模落地奠定了经济和技术
ROS强化学习机器人数字孪生通用平台介绍
ROS强化学习机器人数字孪生通用平台介绍

基于ROS的强化学习机器人数字孪生通用平台,整合了机器人控制、仿真和强化学习算法的全栈能力,为研究与开发提供了高效的实验环境。平台由以下部分组成:
硬件基础:平台核心包括一个7自由度的Franka机器人(FR3)以及深度视觉设备Azure Kinect DK(RGB-D传感器)。工作站搭载Nvidia RTX 3070/4090 GPU和高性能CPU,为实时计算和强化学习模型的高效运行提供支持。
系统架构:平台基于ROS框架,通过MoveIt实现运动规划与消息传递,可控制物理机器人或通过仿真工具(如Gazebo)建立的物理引擎进行精确模拟。
功能特点:数字孪生技术实现机器人控制和状态反馈的无缝连接,强化学习模型可在仿真环境中快速迭代,并直接部署至物理机器人,显著加速了机器人学习与验证流程。

Franka机器人在多模态智能控制中的作用
Franka Robotics的代表性产品Franka Research 3(FR3)因其七轴设计和高灵敏度力控功能,成为智多模态学习领域的核心平台。其突出表现包括:
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精准的力控能力:0.05N的力敏感度使FR3能够在动态和复杂的任务中保持恒定精度。
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强大的开发生态:兼容C++、ROS和MATLAB,用户可通过开放的Franka Control Interface(FCI)轻松实现深度定制开发。
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多模态数据融合:通过视觉、触觉和力感知的实时结合,机器人能够高效完成复杂任务。

Diffusion Policy在机器人控制策略中的突破性应用
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复杂行为生成:Diffusion Policy通过条件去噪扩散建模,将复杂任务的动作空间映射为多模态概率分布,从而生成稳定而鲁棒的行为。
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低超参数依赖:该策略无需针对不同任务调整大量参数,大大降低了在多样化制造场景中的应用成本。
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机器人操作实际表现:在双臂混合、披萨涂酱、果皮切削等场景中,Diffusion Policy展现了对视觉干扰和环境变化的强适应性,使机器人能够精准应对操作的不确定性。

UMI数据收集框架:优势与缺点
UMI(通用操控界面)数据收集框架成为本次会议的重要话题之一,其在多模态数据采集中的贡献与挑战被广泛讨论。

优势:
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多源同步采集:UMI能够整合RGB图像、末端执行器姿态和夹持器宽度,生成高质量的数据用于策略学习。
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隐式深度感知:通过创新性的广角镜头与立体视觉结合,UMI框架实现了低成本但高精度的环境感知。
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实时反馈能力:UMI通过连续控制夹爪宽度实现动态任务适应,特别适合精密制造中的复杂操作。
缺点:
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计算成本较高:UMI框架依赖视觉标定数据和复杂SLAM算法的可靠性,这对硬件性能要求较高,可能限制了场景验证和复现的普及。
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依赖多模态数据一致性:在环境噪声较大的场景中,多模态数据的同步性容易受到干扰,可能影响学习策略的稳定性。
改进型FAST UMI的优势
上海AI实验室基于UMI开发的改进型FAST UMI框架成为会议热点。其主要改进包括:
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**优化的硬件模型:**配置一台配置为超广角模式的GoProHero 9相机以1280×720的分辨率和60帧每秒(FPS)捕捉鱼眼图像,提供广泛的视野以全面覆盖场景。末端夹持兼容五种主流夹爪如ROBOTIQ-2F85.
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**简化数据梳理:**通过RealSense T265捕捉手持夹具的六自由度姿态数据,将其转换为工具中心点(TCP)姿态,以表示人类演示的轨迹 。与UMI相比,消除了重建TCP轨迹所需的复杂后处理SLAM流程------complex post-processing SLAM pipeline,显著简化了数据处理,显著提升了机器人在未知场景中的学习效率。
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**ROS节点框架:**对于数据同步和ROS节点,为了协调来自多个传感器的数据采集,使用机器人操作系统ROS作为中间件,ROS提供了一个灵活的框架,用于开发机器人应用程序,能够实现各个节点之间的通信------这些节点是执行特定任务的独立进程,并确保来自多个来源的数据的精确同步。
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硬件适配优化:针对主流工业机器人硬件,FAST UMI降低了计算需求,使其更适合大规模工业部署。

丰田研究院TRI的遥操作技术进展
丰田研究院(TRI)展示了结合遥操作与力控技术在机器人学习领域的最新成果。通过先进的力反馈遥操作设备,TRI实现了以下突破:
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遥操作与自主学习的结合:TRI系统允许人类操作员通过力反馈设备直接控制机器人,同时记录高精度的操作数据用于策略优化。
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更快的学习循环:结合遥操作生成的示例数据与强化学习算法,机器人能够在短时间内完成复杂任务的学习,如装配和物体操控。
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增强的人机协作能力:通过模仿操作员的动作和力感知,机器人展现了接近人类技能的任务执行能力,推动了具身智能技术的前沿发展。

未来展望:具身智能与多模态开源数据的深度融合
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多模态技术的深化
会议强调,具身智能的发展将继续依赖多模态技术的融合,尤其是在力控、视觉感知和触觉反馈的结合上。
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学习策略的融合应用
随着Diffusion Policy和FAST UMI的应用推广,智能制造将进入一个更高效、更智能的阶段。多模态融合和实时数据处理的能力,将使机器人在具身操作领域有更广泛的应用。
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全球协作的加强
借助Franka机器人等开放生态平台,国际研究机构和企业将在共享数据、开源模型和技术标准化方面展开更紧密的合作,共同推动具身智能领域的快速发展。

引领具身智能未来
Diffusion Policy算法为机器人制造领域注入了新活力,能够让机器人以更高效、更稳定的方式完成复杂任务。UMI框架及其改进版FAST UMI,通过多模态数据采集和策略优化,大幅加快了机器人的学习与部署进程。丰田研究院利用遥操作与力控技术的结合,展示了机器人学习从模仿到自主发展的新路径,为我们带来了全新的启发。