Fusion-Perception-to-Action Transformer: Enhancing Robotic Manipulation With 3-D Visual Fusion Attention and Proprioception

感知 融合 人工智能 计算机视觉 计算机科学 本体感觉 主动感知 传感器融合 视觉感受 人机交互 变压器 工程类 心理学 机器人 电压 电气工程 神经科学 哲学 语言学
作者
Yangjun Liu,Sheng Liu,Bo Chen,Zhi-Xin Yang,Sheng Xu
出处
期刊:IEEE Transactions on Robotics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:41: 1553-1567 被引量:9
标识
DOI:10.1109/tro.2025.3539193
摘要

Most prior robot learning methods focus on image-based observations, limiting their capability in 3-D robotic manipulation. Voxel representation naturally delivers rich spatial features but remains underutilized. Specifically, current voxel-based methods struggle with fine-grained tasks, since precise actions are not fully achievable. However, humans can accomplish these tasks well using vision and proprioception. Inspired by this, this article proposed a novel Fusion-Perception-to-Action Transformer (FP2AT) with cross-layer feature aggregation to handle fine-grained manipulation in 3-D space. In particular, a multiscale 3-D visual fusion attention mechanism is devised to draw attention to local regions of interest and maintain awareness of global scenes, thereby boosting the capabilities of visual perception and action planning. Meanwhile, a 3-D visual mutual attention mechanism is designed and it can also enhance spatial perception. Besides, we further explore the potential of FP2AT by developing its coarse-to-fine version, which progressively refines the action space for more precise predictions. In addition, a proprioceptive encoder is developed to mimic the perception of body movements and contact, elevating the effectiveness of the FP2AT. Furthermore, a new metric, the average number of key actions (ANKA), is introduced to evaluate efficiency and planning capability. In various simulated and real-robot examples, our methods significantly outperform state-of-the-art 3-D-vision-based methods in success rate and ANKA metrics.
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