Robotic grasping of 3D deformable objects is critical for real-world applications such as food handling and robotic surgery. Unlike rigid and articulated objects, 3D deformable objects have infinite degrees of freedom. Fully defining their state requires 3D deformation and stress fields, which are exceptionally difficult to analytically compute or experimentally measure. Thus, evaluating grasp candidates for grasp planning typically requires accurate, but slow 3D finite element method (FEM) simulation. Sampling-based grasp planning is often impractical, as it requires evaluation of a large number of grasp candidates. Gradient-based grasp planning can be more efficient, but requires a differentiable model to synthesize optimal grasps from initial candidates. Differentiable FEM simulators may fill this role, but are typically no faster than standard FEM. In this work, we propose learning a predictive graph neural network (GNN), DefGraspNets, to act as our differentiable model. We train DefGraspNets to predict 3D stress and deformation fields based on FEM-based grasp simulations. DefGraspNets not only runs up to 1500 times faster than the FEM simulator, but also enables fast gradient-based grasp optimization over 3D stress and deformation metrics. We design DefGraspNets to align with real-world grasp planning practices and demonstrate generalization across multiple test sets, including real-world experiments.


翻译:机器人抓取三维可变形物体对于实际应用(如食品处理和机器人手术)非常关键。与刚性和铰接物体不同,三维可变形物体具有无限的自由度,完整描述其状态需要3D变形和应力场,而又难以准确、快速地计算或测量。因此,评估抓取候选点需要精确但耗时的三维有限元方法(FEM)模拟。基于采样的抓取规划通常不可行,因为需要评估大量的抓取候选点。基于梯度的抓取规划可以更有效,但需要可微分的模型以从初始候选点合成最佳抓取点。可微分的FEM模拟器可以填补这个角色,但通常与标准FEM一样慢。在本文中,我们提出了学习预测性图神经网络(GNN)DefGraspNets,作为我们的可微分模型。我们训练DefGraspNets基于基于FEM的抓取模拟预测三维应力和变形场,不仅运行速度可达FEM模拟器的1500倍,而且还可以快速进行基于梯度的抓取优化,超过3D应力和变形度量。我们设计DefGraspNets以符合实际抓取规划实践,并证明概括了多个测试集,包括实际现场实验。

0
下载
关闭预览

相关内容

【2023新书】随机模型基础,815页pdf
专知会员服务
101+阅读 · 2023年5月10日
用于分子Linker设计的等变3D条件扩散模型
专知会员服务
5+阅读 · 2022年10月24日
专知会员服务
54+阅读 · 2020年3月16日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
30+阅读 · 2019年10月17日
GNN 新基准!Long Range Graph Benchmark
图与推荐
0+阅读 · 2022年10月18日
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4日
清华NLP组图深度学习推荐,146篇必读GNN最新论文
中国人工智能学会
28+阅读 · 2018年12月29日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
17+阅读 · 2018年12月24日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
【推荐】图像分类必读开创性论文汇总
机器学习研究会
14+阅读 · 2017年8月15日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Arxiv
103+阅读 · 2021年6月8日
Arxiv
38+阅读 · 2020年3月10日
VIP会员
相关VIP内容
相关资讯
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员