CAREER: Safe and Efficient Robot Learning from Demonstration in the Real World

职业:安全高效的机器人从现实世界的演示中学习

基本信息

  • 批准号:
    2323384
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 52.46万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2023-01-01 至 2025-05-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

General purpose robots are poised to enter the home and workplace in unprecedented numbers in coming years, but face the significant challenge of customization - the ability to perform user-specified tasks in many different unstructured environments. In response to this need, robot learning from demonstration (LfD) has emerged as a paradigm that allows users to quickly and naturally program robots by simply showing them how to perform a task, rather than by writing code. This methodology aims to allow non-expert users to program robots, as well as communicate embodied knowledge that is difficult to translate into formal code. However, current state-of-the-art LfD algorithms are not yet ready for widespread deployment, as they are often unreliable, need too much data, and are designed to learn in a single session in a laboratory setting. This work addresses these issues to help enable future robots to perform important tasks ranging from in-home elderly care to reconfigurable manufacturing.Specifically, this work identifies three significant technical improvements to current LfD algorithms that are needed before they can be deployed in the real world: the need for safety guarantees, the ability to learn from very limited amounts of data, and the ability to continually improve in an ongoing, life-long fashion. A formal theory of safe LfD is developed, along with practical algorithms that provide strong probabilistic lower bounds on agent performance. Algorithmic efficiency is addressed via a re-examining of common statistical assumptions (such as independent and identically distributed data) and through the use of multimodal side-information, such as natural language and gaze. Finally, active learning strategies and modeling of human beliefs are used to enable interactive, continual learning.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
通用机器人将在未来几年以前所未有的数量进入家庭和工作场所,但面临着定制的重大挑战——在许多不同的非结构化环境中执行用户指定任务的能力。为了满足这一需求,机器人演示学习(LfD)作为一种范式应运而生,它允许用户通过简单地向机器人展示如何执行任务而不是编写代码来快速、自然地对机器人进行编程。这种方法旨在允许非专家用户对机器人进行编程,以及交流难以转化为正式代码的具体知识。然而,当前最先进的 LfD 算法尚未准备好广泛部署,因为它们通常不可靠,需要太多数据,并且设计为在实验室环境中通过单次会话进行学习。 这项工作解决了这些问题,以帮助未来的机器人执行从家庭老人护理到可重构制造等重要任务。具体来说,这项工作确定了当前 LfD 算法的三项重大技术改进,这些改进需要在现实世界中部署:对安全保证的需求、从非常有限的数据中学习的能力以及持续、终生不断改进的能力。 开发了安全 LfD 的正式理论,以及为代理性能提供强概率下限的实用算法。 算法效率是通过重新检查常见的统计假设(例如独立和同分布的数据)并通过使用多模态辅助信息(例如自然语言和凝视)来解决的。 最后,主动学习策略和人类信仰建模被用来实现交互式、持续学习。该奖项反映了 NSF 的法定使命,并通过使用基金会的智力优点和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Understanding Acoustic Patterns of Human Teachers Demonstrating Manipulation Tasks to Robots
了解人类教师向机器人演示操作任务的声学模式
Dual RL: Unification and New Methods for Reinforcement and Imitation Learning
对偶强化学习:强化和模仿学习的统一和新方法
  • DOI:
  • 发表时间:
    2023-02-16
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Harshit S. Sikchi;Qinqing Zheng;Amy Zhang;S. Niekum
  • 通讯作者:
    S. Niekum
Score Models for Offline Goal-Conditioned Reinforcement Learning
离线目标条件强化学习的评分模型
Models of Human Preference for Learning Reward Functions
人类对学习奖励函数的偏好模型
A Ranking Game for Imitation Learning
模仿学习的排名游戏
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