Sim2real Learning of Obstacle Avoidance for Robotic Manipulators in Uncertain Environments

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作者
Tan Zhang,Zhang Ke-fang,Jiatao Lin,Wing-Yue Geoffrey Louie,Hui Huang
出处
期刊:IEEE robotics and automation letters [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:7 (1): 65-72 被引量:39
标识
DOI:10.1109/lra.2021.3116700
摘要

Obstacle avoidance for robotic manipulators can be challenging when they operate in unstructured environments. This problem is probed with the sim-to-real (sim2real) deep reinforcement learning, such that a moving policy of the robotic arm is learnt in a simulator and then adapted to the real world. However, the problem of sim2real adaptation is notoriously difficult. To this end, this work proposes (1) a unified representation of obstacles and targets to capture the underlying dynamics of the environment while allowing generalization to unseen goals and (2) a flexible end-to-end model combining the unified representation with the deep reinforcement learning control module that can be trained by interacting with the environment. Such a representation is agnostic to the shape and appearance of the underlying objects, which simplifies and unifies the scene representation in both simulated and real worlds. We implement this idea with a vision-based actor-critic framework by devising a bounding box predictor module. The predictor estimates the 3D bounding boxes of obstacles and targets from the RGB-D input. The features extracted by the predictor are fed into the policy network, and all the modules are jointly trained. This makes the policy learn object-aware scene representation, which leads to a data-efficient learning of the obstacle avoidance policy. Our experiments in simulated environment and the real-world show that the end-to-end model of the unified representation achieves better sim2real adaption and scene generalization than state-of-the-art techniques.
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