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从人类到人形机器人:面向人形机器人的物理感知跨形态运动重定向
从人类到人形机器人:面向人形机器人的物理感知跨形态运动重定向

作者: Tianchen Huang, Feiyang Yuan, Junchi Gu 等8人
arXiv: 2606.03476v1
分类: cs.RO
📝 论文摘要
将人体运动重定向至人形机器人对于遥操作、模仿学习和人机交互至关重要。然而,由于人类与机器人在骨骼拓扑结构、肢体比例和自由度等方面存在显著形态差异,加之配对运动数据的匮乏,这一任务仍面临挑战。本文提出Human2Humanoid——一种无监督的运动重定向框架,能够高保真地将人体运动迁移至人形机器人行为。为在无配对数据条件下弥合领域差异,我们采用基于CycleGAN的架构,配备骨架感知图卷积网络以捕获拓扑相关的运动特征。为应对跨域尺度不匹配问题,我们引入形态不变末端执行器一致性损失,通过对齐标准化末端执行器轨迹来保留跨具身的运动语义。为提高物理合理性并减少接触伪影,我们施加明确的物理感知可行性约束,以鼓励复现源运动中的接触模式。实验结果表明,所提方法能在无配对数据条件下成功将人体运动重定向至Unitree G1人形机器人,并在下游可控性和物理可行性方面均优于现有方法。

📊 核心分析

🎯 研究动机
- 解决**跨形态运动重定向(cross-morphology motion retargeting)** 中人类与机器人之间的**形态差异** (skeletal topology, limb proportions, degrees of freedom)问题 - 克服**配对运动数据稀缺** 的约束,实现无需配对数据的无监督迁移 - 研究背景:人机运动重定向对**遥操作(teleoperation)**、**模仿学习(imitation learning)** 和**人机交互(human-robot interaction)** 至关重要,但现有方法因形态鸿沟效果不佳
🔧 核心方法
- 构建基于**CycleGAN** 的无监督框架,使用**骨架感知图卷积网络(skeleton-aware graph convolutional network)** 提取拓扑依赖的运动特征 - 引入**形态不变末端执行器一致性损失(morphology-invariant end-effector consistency loss)**,对齐归一化末端执行器轨迹以保留运动语义 - 施加**显式物理感知可行性约束(physics-aware feasibility constraints)**,强制重现源运动的接触模式,减少接触伪影
💡 核心创新
- **无监督跨形态迁移**:首次将**CycleGAN** 与**骨架感知图卷积** 结合,无需配对数据即可实现人类到人形机器人的运动重定向 - **形态不变性设计**:提出**末端执行器一致性损失**,通过归一化轨迹消除肢体比例差异,保持运动语义 - **物理可行性保障**:引入**接触模式约束** 显式提升运动的物理合理性,避免不真实接触和漂浮伪影
🏆 总体贡献
- 为**人形机器人运动重定向** 提供一种高效无监督范式,在**Unitree G1** 机器人上成功实现高保真运动迁移 - 在**下游可控性(downstream controllability)** 和**物理可行性(physical feasibility)** 上显著优于现有方法 - 减少对配对数据的依赖,推动遥操作和模仿学习的实际应用