ravens

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PyBullet仿真中的视觉机器人操纵任务集合

Ravens项目提供了一系列在PyBullet中模拟的任务,专注于学习基于视觉的机器人抓取与放置操作。项目包含一个类似Gym的API和10个桌面排布任务,每个任务包括专家演示脚本和奖励函数,用于模仿学习和强化学习。该项目展示了Transporter Network的效率,通过重新排列深度特征来推断视觉输入的空间位移,从堆叠积木到处理变形绳索,学习速度和推广能力均优于基准方法。

RavensTransporter Networks强化学习机器人操作PyBulletGithub开源项目

Ravens 项目介绍

Ravens 项目是一个基于 PyBullet 的模拟任务合集,旨在帮助在视觉基础上学习机器人操作,特别是抓取和放置任务。它采用类似 Gym 的 API,提供了 10 种桌面重排任务,包括脚本化的专家演示(用于模仿学习)和奖励函数(用于强化学习)。

任务描述

  1. L形块插入:拾取红色 L 形积木并放入相应的 L 形槽中。
  2. 放置红色在绿色中:拾取红色积木,放入绿碗中,与其它物体隔开。
  3. 汉诺塔:依次移动圆盘,较小圆盘只能放在较大圆盘上。
  4. 对齐箱子角落:拾取不同大小的箱子,对齐台面上的 L 形标记。
  5. 堆叠砖块金字塔:按彩虹色序依次堆叠 6 块砖到金字塔形状。
  6. 货盘码箱:拾取相同规格的箱子,在托盘上层层交错堆叠。
  7. 组装工具包:拾取不同物体,按板上对应轮廓排列。
  8. 装箱:拾取不同大小的箱子,紧密放入容器中。
  9. 操控绳索:重新排列变形的绳子,使其连接 3 边方形的两个端点。
  10. 清扫小堆:将小物体推入台面上标记的目标区域。

部分任务需要对看不见的物体进行泛化 (如任务 d, g, h),或需要闭环反馈的多步骤序列操作 (如任务 c, e, f, h, i, j)。

开发团队

该项目由 Andy Zeng、Pete Florence、Daniel Seita、Jonathan Tompson 和 Ayzaan Wahid 所开发和维护,详细信息可在相关学术论文中查找。

Transporter 网络概述

Transporter 网络是一种简单的模型架构,通过视觉输入重排深度特征以推导空间位移,可用于参数化机器人动作。该方法不依赖于物体模型,利用空间对称性,并在学习基于视觉的操作任务中,比传统方法更高效。Transporter 网络能表示复杂的多模态策略分布,适用于多步骤序列任务以及 6DoF 抓取和放置操作。

安装指南

  1. 安装 Miniconda

    • 推荐使用 Miniconda 来管理 Python 环境。
  2. 创建并激活 Conda 环境

    • 安装 GCC 和所需的 Python 包。
  3. 安装 GPU 加速

    • 推荐使用 NVIDIA CUDA 和 cuDNN 加快 Tensorflow 的运行速度。

同时提供了直接使用 pip 的替代方案,具体操作请参考项目说明。

使用指南

  1. 生成训练和测试数据

    • 数据保存在本地,支持无头模式运行。
  2. 训练模型

    • 以 Transporter 网络模型为例,模型检查点保存在 checkpoints 目录。
  3. 评估模型

    • 使用经过训练的模型对 Transporter 网络代理进行评估。
  4. 结果可视化

    • 通过生成图表展示评估结果。

此外,还可以使用 Tensorboard 跟踪训练和验证损失。

数据集和预训练模型

项目提供预生成的训练和测试数据集以及预训练模型以供下载。每个任务的 MDP 形式包含以下结构:

  • 观测值:原始 RGB-D 图像和相机参数。
  • 动作:机器人的原始动作函数及其参数。
  • 奖励:成功执行单元任务的奖励总和等于 1。
  • 信息:物体的 6D 姿态、大小和颜色。

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