Robots need to manipulate objects in constrained environments like shelves and cabinets when assisting humans in everyday settings like homes and offices. These constraints make manipulation difficult by reducing grasp accessibility, so robots need to use non-prehensile strategies that leverage object-environment contacts to perform manipulation tasks. To tackle the challenge of planning and controlling contact-rich behaviors in such settings, this work uses Hybrid Force-Velocity Controllers (HFVCs) as the skill representation and plans skill sequences with learned preconditions. While HFVCs naturally enable robust and compliant contact-rich behaviors, solvers that synthesize them have traditionally relied on precise object models and closed-loop feedback on object pose, which are difficult to obtain in constrained environments due to occlusions. We first relax HFVCs' need for precise models and feedback with our HFVC synthesis framework, then learn a point-cloud-based precondition function to classify where HFVC executions will still be successful despite modeling inaccuracies. Finally, we use the learned precondition in a search-based task planner to complete contact-rich manipulation tasks in a shelf domain. Our method achieves a task success rate of $73.2\%$, outperforming the $51.5\%$ achieved by a baseline without the learned precondition. While the precondition function is trained in simulation, it can also transfer to a real-world setup without further fine-tuning. See supplementary materials and videos at https://sites.google.com/view/constrained-manipulation/


翻译:机器人需要在诸如书架和柜子等受限制的环境中操控物体,协助人类日常生活环境,如住宅和办公室。这些制约因素使操纵变得难以通过减少掌握机会来操作。因此机器人需要使用利用物体-环境接触来实施操纵任务的非恐怖战略。为了应对在这种环境中规划和控制接触丰富行为的挑战,这项工作使用混合部队-风险主计长(HFVC)作为技能代表,并计划技能序列,并附有学习的先决条件。虽然高频VC自然能够促成强大和兼容的接触丰富行为,但综合这些行为者传统上依赖精确的物体模型和闭路视频反馈,而由于封闭,很难在受限制的环境中获得这些模型和反馈。我们首先放松高频/风险控制中心需要精确模型和反馈,然后学习基于点的前提条件功能,将高频/价值链处决进一步成功之处进行分类,尽管模拟不准确。最后,我们使用基于搜索任务规划的解决方案的解决方案的先决条件是完成精细接触$的操作任务,而在封闭环境中难以获得的超链接反馈反馈。 我们的方法可以在经培训的模板中实现一个成功标准。

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