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当绝对状态失效时:评估用于鲁棒操作的本体感觉编码
When Absolute State Fails: Evaluating Proprioceptive Encodings for Robust Manipulation

作者: Maxime Alvarez, Ryo Watanabe, Paul Crook 等7人
arXiv: 2605.13067v1
分类: cs.RO, cs.AI
📝 论文摘要
随着端到端机器人策略逐步在现实世界中部署以解决实际任务,它们面临训练与推理条件之间的差距。扩大训练数据的规模和多样性在提升零样本泛化方面取得了一定成功,但当机器人面对全新、未见过的测试条件时仍会失败。例如,虽然固定参考系的机器人较为常见,但移动参考系的机器人部署起来更具挑战。针对这一具体问题,我们提出了一项关于编码机器人本体感受状态策略的研究,旨在提升测试时在分布内和分布外场景下的性能。通过对联合表征的系统性研究,我们发现简单的逐回合相对参考系在任务性能与鲁棒性之间提供了最佳平衡,并在逼真测试环境中进行的大量真实机器人实验中优于基线方法。这一结果表明,利用不同参考系机器人收集的数据并将其部署到未见过的测试配置是一条可行路径。

📊 核心分析

🎯 研究动机
- 端到端机器人策略在真实部署时面临训练与推理条件的**分布外(out-of-distribution)** 差距,现有方法仅靠增加数据规模难以解决 - 具有**移动参考框架(moving frame of reference)** 的机器人比固定框架机器人更难部署,导致泛化失败 - 现有研究缺乏对**本体状态编码(proprioceptive encoding)** 策略的系统评估,尤其缺乏针对分布外场景的鲁棒性对比
🔧 核心方法
- 系统性研究多种**关节表示(joint representations)** 编码策略,包括绝对编码、相对编码等 - 提出一种简单的**基于episode的相对框架(episode-wise relative frame)**,将机器人本体状态表示为相对于当前episode初始状态的偏移 - 在**真实机器人实验(real-robot experiments)** 中,于逼真测试环境下进行分布内和分布外任务的对比评估
💡 核心创新
- **首创性的系统评估**:首次对不同本体状态编码策略在分布外泛化场景下进行公平、系统性的实验比较 - **简单有效的相对编码**:提出的episode-wise相对框架在任务性能和鲁棒性之间取得最佳平衡,优于绝对编码等基线 - **实用路径启示**:为利用不同参考框架(如移动机器人)收集的数据以及部署到未见配置提供了一种无需复杂修改的实用解决方案
🏆 总体贡献
- 揭示了**本体状态编码(proprioceptive encoding)** 对机器人操纵鲁棒性的关键影响,尤其是相对编码的优势 - 在真实机器人实验中验证了**episode-wise相对框架** 的优越性,为实际部署提供了有效策略 - 为未来机器人研究提供了**数据利用和部署的实用指南**,降低了对固定参考框架的依赖