HANDLOOM: Learned Tracing of One-Dimensional Objects for Inspection and Manipulation

追踪 人工智能 计算机科学 跟踪(心理语言学) 绳子 结(造纸) 计算机视觉 机器人 钢丝绳 模式识别(心理学) 结构工程 工程类 算法 操作系统 化学工程 语言学 哲学
作者
Vainavi Viswanath,Kaushik Shivakumar,Jainil Ajmera,Mallika Parulekar,Justin Kerr,Jeffrey Ichnowski,Richard K. Cheng,Thomas Kollar,Ken Goldberg
出处
期刊:Cornell University - arXiv [Cornell University]
标识
DOI:10.48550/arxiv.2303.08975
摘要

Tracing - estimating the spatial state of - long deformable linear objects such as cables, threads, hoses, or ropes, is useful for a broad range of tasks in homes, retail, factories, construction, transportation, and healthcare. For long deformable linear objects (DLOs or simply cables) with many (over 25) crossings, we present HANDLOOM (Heterogeneous Autoregressive Learned Deformable Linear Object Observation and Manipulation), a learning-based algorithm that fits a trace to a greyscale image of cables. We evaluate HANDLOOM on semi-planar DLO configurations where each crossing involves at most 2 segments. HANDLOOM makes use of neural networks trained with 30,000 simulated examples and 568 real examples to autoregressively estimate traces of cables and classify crossings. Experiments find that in settings with multiple identical cables, HANDLOOM can trace each cable with 80% accuracy. In single-cable images, HANDLOOM can trace and identify knots with 77% accuracy. When HANDLOOM is incorporated into a bimanual robot system, it enables state-based imitation of knot tying with 80% accuracy, and it successfully untangles 64% of cable configurations across 3 levels of difficulty. Additionally, HANDLOOM demonstrates generalization to knot types and materials (rubber, cloth rope) not present in the training dataset with 85% accuracy. Supplementary material, including all code and an annotated dataset of RGB-D images of cables along with ground-truth traces, is at https://sites.google.com/view/cable-tracing.

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